Gli scienziati hanno rilevato le onde gravitazionali generate dall’evento di fusione del buco nero, indicando che il buco nero risultante si è stabilizzato in una forma sferica stabile. Queste onde rivelano anche che il buco nero composito potrebbe essere molto più grande di quanto si pensasse in precedenza.
Quando fu scoperto per la prima volta il 21 maggio 2019, si pensava che l’evento di onde gravitazionali noto come GW190521 provenisse da una fusione tra due stelle. buchi neriUno ha la massa di poco più di 85 soli e l’altro ha la massa di circa 66 soli. Gli scienziati ritengono che la fusione abbia portato alla creazione di circa 142 esemplari Massa solare Figlia del buco nero.
Tuttavia, le oscillazioni spazio-temporali recentemente studiate dal buco nero di fusione, che si increspano verso l’esterno mentre il vuoto si trasforma in una forma opportunamente sferica, sembrano indicare che è più massiccio di quanto inizialmente previsto. Invece che la sua massa sia pari a 142 masse solari, i calcoli indicano che la sua massa dovrebbe essere circa 250 volte la massa del Sole. il Sole.
Questi risultati potrebbero eventualmente aiutare gli scienziati a condurre test migliori Relatività generale, Albert EinsteinTeoria del 1915 gravitàChi per primo introdusse il concetto di onde gravitazionali e di buchi neri. “Stiamo davvero esplorando una nuova frontiera qui”, afferma Stephen Giddings, fisico teorico dell’Università della California. Lo ha detto in un comunicato.
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Onde gravitazionali e relatività generale
La relatività generale prevede che gli oggetti dotati di massa distorcano la propria struttura spazio e il tempo – uniti come un’unica entità quadridimensionale chiamata “spazio-tempo” – e quella “gravità” come la percepiamo deriva dalla curvatura stessa.
Proprio come una palla da bowling su un tappetino di gomma provoca un'”ammaccatura” più estrema di una palla da tennis, un buco nero provoca più curvatura nello spazio-tempo di una stella, e una stella provoca più curvatura di un pianeta. Infatti, un buco nero, nella relatività generale, è un punto di materia così denso da provocare un’estrema curvatura dello spaziotempo, in corrispondenza di un confine chiamato Orizzonte degli eventiPerfino la luce non è abbastanza veloce da sfuggire all’ammaccatura interna.
Tuttavia, questa non è l’unica previsione rivoluzionaria della relatività generale. Einstein predisse anche che quando gli oggetti accelerano, dovrebbero definire il tessuto stesso dello spazio-tempo, che risuona con onde chiamate increspature. Onde gravitazionali. Ancora una volta, quanto più massicci sono gli oggetti in questione, tanto più estremo è questo fenomeno. Ciò significa che quando oggetti densi come i buchi neri si avvolgono l’uno attorno all’altro, accelerando costantemente a causa del loro movimento circolare, lo spaziotempo attorno a loro suona come una campana che suona, ronzando di onde gravitazionali.
Queste increspature nello spaziotempo trasportano il momento angolare proveniente dai buchi neri in spirale, e questo a sua volta fa sì che le orbite reciproche dei buchi neri si restringano, riunendole e aumentando la frequenza delle onde gravitazionali emesse. I buchi neri si avvicinano sempre di più e alla fine si fondono, formando un nuovo buco nero ed emettendo un “cinguettio” di onde gravitazionali ad alta frequenza che echeggia attraverso l’universo.
Ma c’era una cosa che Einstein sbagliava riguardo alle onde gravitazionali. Il grande fisico credeva che queste increspature nello spazio-tempo sarebbero state così deboli che non sarebbero mai state rilevate qui Terra Dopo aver attraversato Universo Per milioni o addirittura miliardi di anni luce.
Tuttavia, nel settembre 2015, i rilevatori gemelli di… Osservatorio delle onde gravitazionali dell’interferometro laser LIGO, con sede a Washington, Louisiana, ha dimostrato che Einstein aveva torto. Hanno rilevato GW150914, onde gravitazionali associate alla fusione di buchi neri situati a circa 1,3 miliardi di distanza. Anno luce lontano. Il segnale dell’onda gravitazionale è stato rilevato come un cambiamento nella lunghezza di uno dei lunghi bracci laser di LIGO, che è lungo 2,5 miglia (4 chilometri), equivalente a un millesimo della larghezza della sfera. protone.
Sorprendentemente, da allora, LIGO e i suoi colleghi rilevatori di onde gravitazionali, Virgo in Italia e KAGRA in Giappone, hanno rilevato molti eventi simili, raggiungendo il punto in cui rilevano un evento di onde gravitazionali ogni settimana. Anche se tra questa abbondanza di rilevamenti di onde gravitazionali spicca GW190521.
Uno speciale evento di onde gravitazionali
La frequenza della fusione dei buchi neri dietro il segnale GW190521, situato a 8,8 miliardi di anni luce dalla Terra, era così bassa che solo durante le ultime due orbite dei buchi neri la frequenza è diventata abbastanza alta da poter osservare i buchi neri. Raggiungere i limiti di sensibilità di LIGO e Virgo.
Il team dietro questa nuova indagine – che non fa parte della collaborazione LIGO/Virgo – voleva scoprire quali informazioni sulla violenta collisione e fusione di questi buchi neri potrebbero essere oscurate in questo segnale.
Hanno scoperto che nel momento in cui i due buchi neri si sono scontrati, il buco nero risultante si è creato sbilenco. I buchi neri sono stabili solo quando hanno una forma sferica, il che significa che entro pochi millisecondi dalla fusione, il buco nero figlio deve assumere la forma di una sfera.
Proprio come la forma di una campana determina la frequenza con cui suona, il team ha affermato che quando la forma di questo nuovo buco nero è cambiata ed è diventata stabile, anche le frequenze delle onde gravitazionali che emette sono cambiate. Queste onde gravitazionali dell'”anello inferiore” contengono informazioni sulla massa del buco nero figlia e sulla sua velocità di rotazione.
Ciò significa che le onde gravitazionali generate da questa fusione offrono agli scienziati un modo alternativo per misurare le proprietà dei buchi neri che si fondono, a differenza del metodo tradizionale che utilizza le onde gravitazionali che si verificano durante il processo di accrescimento.
Il team ha trovato due frequenze di anello separate nel segnale dell’onda gravitazionale GW190521 che, se considerate insieme, danno al buco nero risultante una massa di 250 masse solari. Ciò significa che è molto più grande di quanto stimato utilizzando le onde gravitazionali a spirale. La scoperta di queste onde gravitazionali è stata scioccante anche per il team dietro questi risultati.
“Non avrei mai pensato di vedere una misurazione del genere in vita mia”, ha detto Badri Krishnan, coautore della ricerca e fisico della Radboud University.
La ricerca del team è dettagliata in un articolo pubblicato il 28 novembre sulla rivista Lettere di revisione fisica.
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