Kas atsitinka, kai susiduria dvi juodosios skylės? Mokslininkai pirmą kartą stebėjo tai, ką S. Hawkingas aprašė prieš 50 metų (Foto, Video) ()
Šią idėją iškėlė dar Stephenas Hawkingas, sukūręs specialią teoremą, kuriai prieštarauja... pats Stephenas Hawkingas. Kaip taip įmanoma?
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Pirmą kartą stebėjome 50 metų senumo Stepheno Hawkingo teoremą. Mokslininkai iš Masačusetso technologijos instituto (MIT), Kalifornijos technologijos instituto, Kornelio universiteto ir Stony Brook universiteto išanalizavo dviejų įkvepiančių juodųjų skylių gravitacinių bangų duomenis. Tai, ką jie rado susidūrimo metu, patvirtino Hawkingo ploto teoremą (Hawking's Area Theorem): juodosios skylės įvykių horizonto plotas negali susitraukti.
Kai binarinė juodųjų skylių sistema įsisuka (extreme mass ratio inspiral), dviejų juodųjų skylių orbitos susitraukia ir sistema pradeda skleisti gravitacines bangas. Bangų emisijos greitis didėja, kai orbitos toliau mažėja ir didėja greitis, o kai galiausiai įvyksta susijungimas, bangų emisija pasiekia piką. Dvi juodosios skylės tampa viena nauja juodąja skyle, ir pagal Hawkingo teoremą tos naujos juodosios skylės plotas turėtų būti lygus bendram pirminių dviejų juodųjų skylių plotui. Būtent tai mokslininkai nustatė pagal stebėtos įsisukimo sistemos bangų duomenis.
Pasak Carnegie Mellon universiteto didelės energijos fizikos teorijos docentas Riccardo Penco, šis pasiekimas priartina mus prie juodųjų skylių funkcijų sudėtingumo supratimo: „Gravitacinių bangų aptikimas leidžia mums tiesiogiai tirti juodąsias skyles (o ne tik netiesiogiai daryti išvadą apie jų egzistavimą tiriant kitų objektų judėjimą aplink jas). Dabar galime šias savybes išbandyti eksperimentiškai.“
Remiantis Hawkingo skaičiavimais, jei juodosios skylės plotas pasikeistų, jos įvykių horizontas išsitemptų arba susitrauktų pagal atitinkamą naują dydį. Įvykių horizontas, juodosios skylės gravitacinio lauko poveikio sritis, yra taškas, iš kurio niekas, įskaitant šviesą, negali ištrukti iš juodosios skylės. Kad pabėgtų, objektas turėtų judėti greičiau nei šviesos greitis.
Penco teigia, kad Hawkingo teorema galioja juodosioms skylėms, kurias stebėjo lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorija (LIGO) – pora JAV įrenginių, pastatytų gravitacinėms bangoms tirti, kurių surinktus duomenis šie tyrėjai panaudojo savo išvadoms. Tačiau Hawkingo teorema gali būti taikoma ir kitoms juodosioms skylėms, toms, kurios iš pradžių atrodo prieštaraujančios teoremai, kol pasirodys, kad jos yra pritaikomos kitai fizikinei koncepcijai.
„Hawkingas parodė, kad kai atsižvelgiama į kvantinius mechaninius efektus (pvz., subatominės medžiagos ir šviesos elgseną), juodoji skylė laikui bėgant gali spontaniškai sumažinti savo paviršiaus plotą, skleisdama spinduliuotę“, - sako Penco. Juodosios skylės garavimas, dar vadinamas Hawkingo spinduliuote, yra teorinė elektromagnetinė spinduliuotė, kurią spontaniškai išstumia juodosios skylės. Taigi Hawkingo srities teorema turi išimtį – Hawkingo spinduliuotę, kurią apskaičiavo pats Hawkingas.
Tęsinys kitame puslapyje:
1974 m. pasiūlyta Hawkingo, ši spinduliuotė gali sukelti juodosios skylės susitraukimą. Netoli įvykių horizonto esančios subatominių dalelių poros gali suskilti, viena dalelė – galbūt fotonas arba neutrinas – ištrūktų, o kita, neigiamos energijos, išnyktų į juodąją skylę. Šis neigiamos energijos antplūdis galiausiai gali sumažinti juodosios skylės masę, kol ji išnyks. Tai reiškia, kad juodosios skylės dydis yra atvirkščiai proporcingas jos temperatūrai – kuo mažesnė juodoji skylė, tuo ji šiltesnė.
LIGO aptiko pirmąjį gravitacinės bangos signalą šiame tyrime – iš esmės erdvėlaikio bangavimą, atsirandantį dėl kosminės sąveikos. Mokslininkai atrado, kad signalas buvo dviejų susiliejusių juodųjų skylių (kurios paprastai sukelia stipresnes gravitacines bangas) rezultatas kartu su didžiuliu energijos kiekiu, kuris raibuliavo erdvės ir laiko kontinuume.
Tyrėjai teigia, kad jei Hawkingo teorema pasitvirtintų, susijungus dviem juodosioms skylėms, naujos skylės įvykių horizonto plotas nebūtų mažesnis nei bendras pirminių juodųjų skylių įvykių horizonto plotas. Norėdami patikrinti savo hipotezę, mokslininkai suskirstė gravitacinių bangų duomenis iš sistemos į dvi dalis – prieš susijungimą ir po susijungimo, tada išanalizavo jų įvykių horizonto sritis. Po to mokslininkai iš naujo išanalizavo bangų duomenis ir nustatė, kad dvi sritys statistiškai yra vienodos – bendra įvykių horizonto sritis po susidūrimo nesumažėjo – išliko 95 procentus patikimo ribose.
Taigi iš analizės atrodytų, kad „įprastos“ fizikos dėsniai, tokie kaip masės tvermės dėsnis, vis dar gali būti taikomi tiriant juodąsias skyles, kur fizika gali tapti labiau teoriška Žemei nepažįstamose situacijose. Dėl šio juodosios skylės susiliejimo kiti mokslininkai dabar turi konkretų pavyzdį, į kurį galima remtis toliau tiriant erdvę.
Teorijos patvirtinimas padeda mums geriau suprasti paslaptingų kosminių reiškinių, tokių kaip juodosios skylės, mechaniką. „Visada svarbu turėti galimybę teoremas ir skaičiavimus patvirtinti eksperimentiškai“, – sako Penco.
