Astronomi

Bir kara deliğin radyasyonunu tespit edebilir miyiz?

Bir kara deliğin radyasyonunu tespit edebilir miyiz?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Stephen Hawking, bir kara deliğin buharlaştıkça radyasyon yaydığını öne sürdü.

Kara delikler, herhangi bir radyasyonun olay ufkundan kaçmasına izin vermez, çünkü ışık hızındaki parçacıklar bile manyetik alanları tarafından yakalanır.

Bu, kara delikler radyasyon yaydıklarında, onu yeniden emdikleri anlamına mı geliyor?


Kara deliğin kendisi radyasyon yaymaz, daha çok etrafındaki alanı yayar. Kuantum etkileri nedeniyle, küçük parçacıklar ve anti-parçacıklar her yerde kendiliğinden yaratılacak (ve daha sonra bir çarpışmada kendilerini yok edecekler). Bu olay ufkunun hemen dışında gerçekleşirse, kaçınılmaz olarak içine bir parçacık düşecektir. Bir daha asla görülemedi. Diğer parçacık artık 'serbest' ve bu, Hawking'in öngördüğü radyasyon.

Bir kara deliğin radyasyonunu tespit edebilir miyiz?

Kara delik kapımızın önünde olsa bile, bu radyasyon kendi başına tespit edilemeyecek kadar küçük. Bununla birlikte, radyasyon kara deliği daha az kütleli ve daha küçük yapar ve sonunda yok olur ve umduğumuz bir gama ışını parlaması üretir. dır-dir çok uzak mesafeden bile algılanabilir.
@JamesK'nin yorumlarda belirttiği gibi, süpernovaların neden olduğu 'ortak' kara delikler ve galaksi merkezlerinde bulunanlar için bu buharlaşma son derece uzun sürecek, ancak evrenin en başlangıcında oluşan daha küçük ilkel kara delikler şimdi buharlaşıyor olabilir. ve bu yüzden o gama ışını parlamalarını arayan bir teleskopumuz var.


Kara delikleri doğrudan veya dolaylı olarak tespit etmenin o kadar çok yolu var ki, bu cevap mutlaka eksik olacaktır.

Bir kara delikten hiçbir ışık kaçamasa da, kara deliklerin uzay, madde ve etraflarındaki aktivite üzerindeki etkileri genellikle çok dramatiktir. En yaygın yollardan biri, kara deliğin içine düşerken etrafında dönen bir madde toplama diski aracılığıyladır. İşte buna bir sanatçı anlayışı:

Madde içeri girerken, parçacıklar arasındaki sürtünme onu ısıtır ve aşırı miktarda x-ışını ve gama-ışınları yaymasına neden olur. Ayrıca dönen kara deliğin kutuplarında sıklıkla jetler vardır ve bazen bu jetleri çevreleyen maddeyi etkilediklerinde görebiliriz:

Bazen bir yıldızın bir kara deliğe çok yaklaştığını ve gelgit kuvvetleri nedeniyle parçalandığını görebiliriz.

Bazen çok yakın bir kara deliğin yörüngesinde dönen yıldızlar vardır ve bu da yörüngelerinin süper hızlı olmasına neden olur. Bu, yörüngede oldukları kütleyi tahmin etmemize ve bunun bir kara delik olması gerektiğini belirlememize olanak tanır.

Kara delikleri bulmak için başka bir numara, kara deliğin yerçekiminin Dünya'ya giderken arkasından gelen ışığı büktüğü yerçekimsel merceklemeyi içerir:

Son olarak, yakında LIGO kullanarak yerçekimi dalgaları yoluyla başka bir büyük nesneyle bir kara delik birleşmesini tespit edebileceğiz.

Bu liste kesinlikle tam değil!

Bu cevap Brandon'ınkiyle bir nevi paralel, çünkü bu tür gözlemlerin altında yatan noktayı vurgulamak istiyorum.

Bir kara deliği asla gözlemleyemeyeceğiz, çünkü dış gözlemciler için bir olay ufkunun oluşumu sonsuz bir zaman alır. Bu biraz bilgiçlik gibi görünebilir, ancak bu önemli bir nokta çünkü amacımız doğrudan bir kara deliği gözlemlemek değil, bir sistemin özelliklerini ölçmek ve bunlardan sistemin bir kara delik oluşturması gerektiği sonucunu çıkarmak.

Örneğin, galaksimizin merkezinde süper kütleli bir kara delik olduğuna inanılan Yay A$^*$'ı ele alalım. Etrafında dönen yıldızları gözlemleyebiliriz ve bu gözlemlerden kütlesinin yaklaşık 4.1 milyon Güneş kütlesi olduğunu ve boyutunun yaklaşık 6.25 ışık saatinden daha az olduğunu hesaplayabiliriz. Bu, Sag A$^*$'ın bir kara delik olduğunu kanıtlamaz, çünkü Sag A$^*$ kütlesinin olay ufku yarıçapı yaklaşık 40 ışık saniyesidir. Ancak bu yoğunluğa sahip bir kütle aglomerasyonunun Samanyolu'nun ömrü gibi herhangi bir süre boyunca sabit kalabileceğine dair herhangi bir yol bilmiyoruz, bu nedenle onun bir kara delik oluşturduğu çıkarımına varıyoruz. Gelecekteki radyo teleskop ölçümlerinin yarıçap üzerindeki sınırları daha da daraltmasını ve Sag A$^*$'ın bir kara delik olması gerektiğine dair güvenimizi artırmasını bekliyoruz.

Alternatif olarak Cygnus X-1'i alın. Kütlesini çeşitli yöntemlerle tahmin edebilir ve 10-20 Güneş kütlesi aralığında bir kütle elde edebiliriz. X-Işını emisyonundaki değişikliklerin zaman ölçeğini ölçerek boyutuna bir sınır koyabiliriz ve yaklaşık 10$^5$km'lik bir üst sınır elde ederiz (Güneş'ten biraz daha az). Bu, Cygnus X-1'i en azından bir nötron yıldızı yapar, ancak yıldızların durum denklemlerine ilişkin hesaplamalarımızın güvenilir olduğunu varsayarsak, 3 Güneş kütlesinden daha ağır hiçbir nötron yıldızı, bir kara deliğe çökmeye karşı koyamaz. Böylece doğrudan gözlemleyemesek de bir kara deliğin varlığını bir kez daha çıkarabiliriz.

Brandon'ın cevabı, kara deliklerin var olduğuna dair kanıt elde etmek için yapabileceğimiz ölçümlerin güzel örneklerini veriyor. Tüm bunlarla birlikte anlaşılması gereken kilit nokta, gözlemlenen cismin yoğunluğuna daha düşük limitler koymaya çalışmamızdır. Bu limitler yeterince yüksekse ve mevcut fizik anlayışımızın doğru olduğunu varsayarsak, o zaman nesnenin bir kara delik oluşturma sürecinde olduğu sonucunu çıkarabiliriz.


Bizler, NASA görevlerini ve verilerini kullanarak kara delikler üzerinde çalışan bilim insanlarıyız! Bize herşeyi sor!

GÜNCELLEME: Soruları cevaplamak zorunda olduğumuz her zaman bu kadar. Kara deliklerle ilgili bir toplantıda bize katıldığınız için çok teşekkürler!

Kara delikler, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile onlardan kaçamayacağı kadar güçlü bir çekim kuvvetine sahip astronomik nesnelerdir. Olay ufku olarak adlandırılan bir kara deliğin "yüzeyi", kaçmak için gereken hızın, kozmosun hız sınırı olan ışık hızını aştığı sınırı tanımlar. Madde ve radyasyon içeri girer ama dışarı çıkamazlar! Evrenin elektrikli süpürgesi olarak ünlerine rağmen, bir kara deliğin yerçekimi diğer herhangi bir nesnenin çevresinde olduğundan farklı davranmaz - ancak çok yaklaştığınızda işler garipleşmeye başlar.

NASA misyonları ve araştırmacıları, neredeyse her dalga boyunda ışık kullanan Chandra, Fermi, NICER, Hubble, NuSTAR ve Swift gibi bir dizi teleskop kullanarak onlarca yıldır kara delikler üzerinde çalışıyorlar. Bilim adamları ayrıca kara delikleri yöneten teorileri daha iyi anlamak ve gördüğümüz ışığı anlamlandırmamıza yardımcı olmak için karadeliklerin etrafındaki maddenin görselleştirmelerini de üretirler.

Kara delik bilim adamları, bu egzotik ve genellikle yanlış anlaşılan kozmik nesneler hakkında sohbet etmek ve sorularınızı yanıtlamak için bugün toplanıyor!

Bilim adamları sorularınızı saat 14.00'den itibaren yanıtlıyor. EDT şunları içerir:

Bernard Kelly (BK) | CRESST Araştırma Görevlisi Yardımcısı, Maryland Baltimore County Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Daryl Haggard (DH) | Fizik Yardımcı Doçent, McGill Üniversitesi

Eileen T. Meyer (ETM) | Fizik Yardımcı Doçent, Maryland Baltimore County Üniversitesi

James Radomski (JTR) | Bilim Adamı, Kızılötesi Astronomi için Stratosferik Gözlemevi (SOFIA), NASA Ames Araştırma Merkezi

Rebecca A. Phillipson (RAP) | Harriett G Jenkins Lisansüstü Araştırma Görevlisi, Drexel Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Scott Noble (SN) | [ünvan/kuruluş]

Sibasish Laha (SL) | Yardımcı Araştırma Bilimcisi, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi, ABD

Tyson Littenberg (TBL) | Araştırma Astrofizikçisi, NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi

Varoujan Gorjian (VG) | Araştırma Astronomu, NASA/JPL/Caltech

Bu AMA'yı kolaylaştırmaya yardımcı olan iletişim destek personeli:

Barb Mattson (BJM) | Astrofizik İletişim Bilimcisi, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Jeanette Kazmierczak (JK) | Astrofizik Genç Bilim Yazarı, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Kelly Ramos (KR) | Astrofizik Kıdemli Sosyal Medya Uzmanı, Syneren Technologies/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Sara Mitchell (SEM) | Astrofizik Sosyal Medya Lideri, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi


Kütlesiz Braneworld Kara Deliklerini (BWBH) Tanımlayabilir ve Onları Solucan Deliklerinden ve Schwarzschild BH'den Ayırt Edebilir miyiz? (Kozmoloji / Astronomi)

2016 yılında LIGO, iki kara deliğin birleşmesinin sinyalleri olması gereken yerçekimi dalgalarını tespit etti. 2019'da Event Horizon Telescope (EHT) işbirliği, Dünya'dan 55 milyon ışıkyılı uzaklıktaki M87 galaksisinin merkezinde yer alan bir kara deliğin ilk görüntüsünü üretti. Görüntü, kara deliğin gölgesi olan karanlık bir merkeze sahip parlak bir halka gösterdi. Kara delikleri tespit etmek için gözlemsel teknolojilerdeki bu hızlı gelişmeler, bize bozon yıldızları, yerçekimi yıldızları, solucan delikleri, Abelian olmayan kara delikler ve zar dünyası kara delikleri gibi egzotik kompakt nesneleri keşfetme şansı verecek.

Bu tür nesneleri tespit etmek için, gözlem için teorik tahminleri önceden anlamak gerekir. Bu amaçla, son yıllarda bozon yıldızları, yerçekimi yıldızları, solucan delikleri ve braneworld karadeliklerinin gözlemsel sonuçları incelenmiştir.

Braneworld karadeliklerinin birçok modeli arasında, eğriliğin yalnızca bir gelgit etkisiyle üretildiği kütlesiz kara delikler, kütleçekimsel mercekleme etkileri karakteristik ve ayırt edici olduğundan gözlemsel olarak önemlidir. Şimdi, Ohgami ve meslektaşları, kütlesiz braneworld kara delikler tarafından kütleçekimsel merceklenmeyi daha ayrıntılı olarak incelediler. Spesifik olarak, mikromerceklemelerini ve gölgelerini incelediler ve radyo veya elektromanyetik gözlemlerle onları standart Schwarzschild kara deliklerinden ve Ellis solucan deliklerinden ayırt edip edemeyeceğimizi tartıştılar.

İlk olarak, bu nesnelerin etrafından geçen ışık ışınlarının sapma açılarını incelediler. Önceki çalışma, braneworld kara deliğinin ve Ellis solucan deliğinin her iki sapma açısının da α¯ 2 ile orantılı olduğunu, Schwarzschild kara deliğininkinin ise α¯ 1 ile orantılı olduğunu gösterdi. Ohgami et al. bu nedenle, braneworld kara deliğinin ve Ellis solucan deliğinin mikromercekleme fenomenlerinde benzer özellikler sergileyebileceğini tahmin etti.

İNCİR. 1: Schwarzschild kara deliği (kırmızı), braneworld kara deliği (mavi) ve Ellis solucan deliği (yeşil) için radyasyon parlaklığının sayısal sonuçları. © Ohgami ve ark.

Bu mikro mercekleme fenomeninin gözlemsel sonuçlarını aydınlatmak için, üç model için bir mercek nesnesinin arkasındaki optik bir kaynak nesnenin görüntülerini ve bunların ışık eğrilerini hesapladılar. Braneworld kara deliği için olduğu kadar Ellis solucan deliği için de parlaklık azalmasının amplifikasyondan hemen önce ve sonra ortaya çıktığını buldular. Bu, böyle bir azalmanın gözlemlerinin, yalnızca mikro mercekleme ile birini diğerinden ayırt etmek zor olsa da, mercek nesnesinin ya bir zar dünyası kara deliği ya da bir solucan deliği olduğunu göstereceği anlamına gelir.

İNCİR. 2:Optik görüntüler elde etmek için analizlerinin kurulumu. Bir gözlemci, bir yerçekimi kaynağı ve çevresine toz koyarlar. Toz, yerçekimi kaynağına sürekli düşer © Ohgami et al.

Böylece, daha sonra, optik olarak ince tozla çevrili braneworld kara deliğinin optik görüntülerini analiz ettiler ve bunları Ellis solucan deliğininkiyle karşılaştırdılar. Braneworld kara deliği etrafındaki uzay-zaman kararsız dairesel foton yörüngelerine sahip olduğundan, görüntüde parlak bir halka görünür, tıpkı Schwarzschild uzay-zamanında veya solucan deliği uzay-zamanında olduğu gibi. Bu, parlak bir halkanın görünümünün yalnızca bir braneworld kara deliğini, bir Schwarzschild'i veya bir Ellis solucan deliğini doğrulamadığını gösterir. Ancak, yalnızca solucan deliği için halkanın içindeki yoğunluğun dışarıdaki yoğunluktan daha büyük olduğunu buldular. Sonuçları, gölge gözlemlerinin kara delikleri Ellis solucan deliklerinden ayırt edeceği anlamına geliyor.

Bu nedenle, mikro merceklenme ve gölgelerin birlikte gelecekteki yüksek çözünürlüklü çok uzun temel interferometri gözlemleriyle, eğer varsa, zar dünyası kara deliklerini tanımlayabileceğimiz sonucuna vardılar.

Referans: M. Kuniyasu, K. Nanri, N. Sakai, T. Ohgami, R. Fukushige, S. Koumura, “kütlesiz braneworld kara deliklerini gözlemlerle tanımlayabilir miyiz?”, Phys. Rev. D 97, 104063 – 29 Mayıs 2018'de yayınlandı. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.104063

Bu makalenin telif hakkı tamamen yazarımız S. Aman'a aittir. Kişi, yalnızca kendisine veya bize uygun kredi vererek yeniden kullanmasına izin verilir.


Günümüzde bir cismi görmek, o cismin yaydığı veya yansıttığı elektromanyetik dalgaların yakalanması ve o cismin görüntüsünün oluşturulmasıyla büyük ölçüde yapılmaktadır. Kara delikler elektromanyetik dalgaları yansıtmaz veya yaymaz (görme amacıyla çok az miktarda olabilen Hawking radyasyonu hariç). Yansıtmamasının ve yaymamasının nedeni, kara deliğin muazzam yerçekiminin ışık dahil hiçbir şeyin ondan kaçmasına izin vermemesidir.

Ancak bilim adamları yerçekimi dalgalarını tespit etmeyi başarırsa, o zaman yerçekimi dalgaları şeklinde bazı kara delikler görmek mümkün olacaktır. O zamana kadar kara delikler ancak ışık ve yakındaki yıldızlar üzerindeki etkileri nedeniyle tespit edilebilir.

Tanım olarak bir kara delik, olay ufkunun içine girdikten sonra yerçekimi, ışık da dahil olmak üzere herhangi bir şeyin ondan kaçmasını engelleyen çok büyük bir nesnedir. Ancak etkileri gözlemlenebilir. Arka plandaki yıldızlara ve benzerlerine karşı siyah bir küre olarak görünecektir.

Bir kara deliğin olay ufku, bir ışık fotonu da dahil olmak üzere, bu evrendeki bilinen herhangi bir nesnenin, çekim gücünün üstesinden gelmek için ışık hızından daha büyük bir kaçış hızına ulaşması gerekecek kadar güçlü bir yerçekimi alanının sınırını işaretler. yerçekimi alanı. Genel Relativiteye göre bu evrende ışık hızı üst hız sınırını belirlediğinden, ışık gerekli kaçış hızına ulaşamaz.

Olay ufkunun dışında, bir kara deliğin etkileri görülebilir. Bu etkilerden gelen ışık sonunda bir gözlemciye ulaşacaktır. Ancak olay ufkunun içinde fotonlar, dışarıdan bir gözlemcinin göremediği bir geleceğe doğru ilerler.

Her nesnenin bir kaçış hızı vardır, bu hız bir nesneye verilirse, söz konusu nesne asla geri düşmeyecektir. Saniyede 11.19 metre olan Dünya'da. Hızı ışık hızından veya saniyede 299.792.458 metreden daha büyük olan bir kara delik için. Kaçış hızı bundan daha büyükse, ışık söz konusu nesneden kaçmak için yeterli hıza sahip değildir.

Evet haklısın. Cismi görürüz çünkü ışık cisme çarptığında yansıyarak gözümüze uzayda ulaşır, bu da görüntüsünden bir görüntü oluşur. Retina..

Kara Delik'in çekim alanı o kadar güçlüdür ki, bir ışık bile ondan kaçamaz. yapamasak da görmek bir kara deliğin kendisi, ancak deliğin yakındaki madde üzerindeki etkilerini görebiliriz. Onu X-Işını teleskopu (gibi.. Chandra Röntgen Gözlemevi)

Dolayısıyla, yakındaki bir yıldızdan gelen gaz kara deliğe doğru emilirse, yoğun yerçekimi enerjisi gazı milyonlarca dereceye ısıtır. Ortaya çıkan X-ışını emisyonları, kara deliğin varlığına işaret edebilir.

Kara Delik çok büyük miktarda X-Işını yayar, ancak atmosferimiz esas olarak onu emer, bu yüzden burada X-Işını tespit etmek çok zordur, bu yüzden uzay tabanlı teleskoplar uzak uçtan X-Ray kaynaklarını tespit etmek için.


Bizler, NASA görevlerini ve verilerini kullanarak kara delikler üzerinde çalışan bilim insanlarıyız! Bize herşeyi sor!

GÜNCELLEME: Soruları cevaplamak zorunda olduğumuz her zaman bu kadar. Kara deliklerle ilgili bir toplantıda bize katıldığınız için çok teşekkürler!

Kara delikler, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile onlardan kaçamayacağı kadar güçlü bir çekim kuvvetine sahip astronomik nesnelerdir. Olay ufku olarak adlandırılan bir kara deliğin "yüzeyi", kaçmak için gereken hızın, kozmosun hız sınırı olan ışık hızını aştığı sınırı tanımlar. Madde ve radyasyon içeri girer ama dışarı çıkamazlar! Evrenin elektrikli süpürgesi olarak ünlerine rağmen, bir kara deliğin yerçekimi diğer herhangi bir nesnenin çevresinde olduğundan farklı davranmaz - ancak çok yaklaştığınızda işler garipleşmeye başlar.

NASA misyonları ve araştırmacıları, neredeyse her dalga boyunda ışık kullanan Chandra, Fermi, NICER, Hubble, NuSTAR ve Swift gibi bir dizi teleskop kullanarak onlarca yıldır kara delikler üzerinde çalışıyorlar. Bilim adamları ayrıca kara delikleri yöneten teorileri daha iyi anlamak ve gördüğümüz ışığı anlamlandırmamıza yardımcı olmak için karadeliklerin etrafındaki maddenin görselleştirmelerini de üretirler.

Kara delik bilim adamları, bu egzotik ve genellikle yanlış anlaşılan kozmik nesneler hakkında sohbet etmek ve sorularınızı yanıtlamak için bugün toplanıyor!

Bilim adamları sorularınızı saat 14.00'den itibaren yanıtlıyor. EDT şunları içerir:

Bernard Kelly (BK) | CRESST Araştırma Görevlisi Yardımcısı, Maryland Baltimore County Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Daryl Haggard (DH) | Fizik Yardımcı Doçent, McGill Üniversitesi

Eileen T. Meyer (ETM) | Fizik Yardımcı Doçent, Maryland Baltimore County Üniversitesi

James Radomski (JTR) | Bilim Adamı, Kızılötesi Astronomi için Stratosferik Gözlemevi (SOFIA), NASA Ames Araştırma Merkezi

Rebecca A. Phillipson (RAP) | Harriett G Jenkins Lisansüstü Araştırma Görevlisi, Drexel Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Scott Noble (SN) | [ünvan/kuruluş]

Sibasish Laha (SL) | Yardımcı Araştırma Bilimcisi, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi, ABD

Tyson Littenberg (TBL) | Araştırma Astrofizikçisi, NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi

Varoujan Gorjian (VG) | Araştırma Astronomu, NASA/JPL/Caltech

Bu AMA'yı kolaylaştırmaya yardımcı olan iletişim destek personeli:

Barb Mattson (BJM) | Astrofizik İletişim Bilimcisi, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Jeanette Kazmierczak (JK) | Astrofizik Genç Bilim Yazarı, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Kelly Ramos (KR) | Astrofizik Kıdemli Sosyal Medya Uzmanı, Syneren Technologies/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Sara Mitchell (SEM) | Astrofizik Sosyal Medya Lideri, Maryland Üniversitesi/NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi


Bilim adamları, gama ışını patlamalarını açıklayabilecek bir kara delikte hızlı değişiklikler tespit ediyor

Kredi: CC0 Kamu Malı

Evrendeki en büyük ve en uzak karadeliklerden bazıları, gama ışınları adı verilen muazzam miktarda olağanüstü enerjik radyasyon yayar. Bu tür radyasyon, örneğin, Dünya'daki nükleer reaktörleri çalıştıran fisyon reaksiyonları sırasında kütle enerjiye dönüştürüldüğünde ortaya çıkar. Ancak kara delikler söz konusu olduğunda, gama radyasyonu nükleer reaktörlerde üretilenden bile daha enerjiktir ve orada çok farklı süreçlerin ürünüdür, gama ışınları, ışık ışınları ile kara çevresinde doğan yüksek enerjili parçacıklar arasındaki çarpışmalar tarafından yaratılır. hala tam olarak anlaşılamayan mekanizmalar aracılığıyla delikler.

Işık ve madde arasındaki bu çarpışmalar sonucunda, enerji yüklü parçacıklar neredeyse tüm momentumlarını ışık ışınlarına vererek onları gama radyasyonuna dönüştürerek Dünya'ya ulaşırlar.

Astronomik bilim topluluğu, bu çarpışmaların, türbülans ve manyetik yeniden bağlantılar gibi son derece değişken süreçlere maruz kalan güçlü manyetik alanların nüfuz ettiği bölgelerde meydana geldiğinden şüpheleniyor; kara delikler tarafından dışarı atılan madde. Ancak Dünya'dan milyarlarca ışık yılı uzaktaki bu manyetik alanları araştırmak için çok hassas cihazlar ve yüksek enerji emisyonunun gerçekleştiği tam anı bulmak gerekiyor.

Valensiya Astronomi Gözlemevi ve Valencia Üniversitesi Astronomi Bölümünde CIDEGENT araştırmacısı ve bu çalışmanın baş yazarı Iván Martí-Vidal liderliğindeki araştırma ekibinin başardığı şey tam olarak budur. Bu ekip, enerjik parçacıkların muazzam miktarda gama ürettiği bir anda, uzak bir kara deliğin manyetik alanları hakkında kesin bilgi elde etmek için milimetre dalga boylarında dünyanın en hassas teleskopu olan ALMA'yı (Atacama Büyük Milimetre Dizisi) kullandı. radyasyon.

Yakın zamanda yayınlanan bir makalede Astronomi ve Astrofizik, bilim adamları, Dünya'dan 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan PKS1830-211 adlı kara deliğin gözlemlerini rapor ediyorlar. Bu gözlemler, kara deliğin jetinin en enerjik parçacıklarının üretildiği bölgedeki manyetik alanların, yapılarını yalnızca birkaç dakikalık bir zaman aralığında önemli ölçüde değiştirdiğini göstermektedir.

Iván Martí-Vidal, "Bu, türbülansı gama radyasyonu ile ilişkilendiren kara deliklerdeki gama ışını üretiminin ana modellerinin öngördüğü gibi, manyetik süreçlerin çok küçük ve çalkantılı bölgelerden kaynaklandığını gösteriyor" diye açıklıyor. "Öte yandan, tespit ettiğimiz değişiklikler çok güçlü bir gama ışını olayı sırasında gerçekleşti, bu da onları yüksek enerji emisyonu ile sağlam bir şekilde ilişkilendirmemize izin veriyor. Bütün bunlar bizi, hastalığın kökenini anlamaya biraz daha yaklaştırıyor. evrendeki en enerjik radyasyon" diye ekliyor.

İnterferometri ve yeni algoritmalar

Bu verileri analiz etmek için Martí-Vidal ekibi, ALMA ile elde edilenler gibi interferometrik gözlemlerden hızla değişen kaynaklar hakkında bilgi edinmelerini sağlayan gelişmiş bir analiz tekniği kullandı. Martí, "İnterferometri bize evreni benzersiz bir ayrıntı düzeyinde gözlemleme gücü veriyor, aslında son zamanlarda bir kara deliğin ilk görüntüsünü elde eden Olay Ufku Teleskobu'nun (EHT) da dayandığı tekniktir" diyor. -Vidal. "Aslında, CIDEGENT projemizin bir kısmı, bu ALMA gözlemlerinde kullandığımız gibi algoritmalar geliştirmeye adanmıştır, ancak EHT'den alınanlar gibi, bir ortamda yeniden yapılandırmamıza izin verecek çok daha karmaşık verilere uygulanabilir. Valencia Üniversitesi'nden astronom, yakın gelecekte sadece görüntüler yerine karadeliklerin 'filmleri' olacağını söylüyor.

CIDEGENT'in UV Astronomi Bölümü'nde doktora öncesi araştırmacısı ve makalenin ortak yazarı Alejandro Mus, doktora tezini bu alanda geliştiriyor. Muş, "EHT projesi kapsamında, hızlı kaynak değişkenliği sorununu çözmek için zamana karşı çalışan çeşitli kurumlardan birçok uzman var" diyor. "Şu anda geliştirdiğimiz algoritma ALMA verileriyle çalışıyor ve PKS1830-211 ile ilişkili manyetik alanların birkaç on dakikalık ölçeklerde nasıl değiştiği hakkında önemli bilgiler edinmemize izin verdi. üzerinde çalıştığımız daha karmaşık algoritmalarla yakında EHT'ye katkıda bulunacağız."


Bu Yeni Nesil Deneyler İlkel Kara Deliğin (Astronomi) Varlığını Doğrulayabilir

Valentina De Romeri ve meslektaşları, gelecekteki nötrino deneyleriyle buharlaşan PBH'lerden nötrinoların saptanma olasılığını araştırdı. DUNE ve THEIA gibi yeni nesil nötrino deneylerinin, buharlaşan PBH'lerden nötrinoları tespit edebileceğini ve karanlık maddenin (DM) doğası hakkında ilgili bilgiler sağlayacağını buldular. Onların çalışması yakın zamanda ortaya çıktı Arxiv.

İlkel kara delikler, Büyük Patlama'dan hemen sonra oluşan varsayımsal bir karadelik türüdür. Baryonik değildirler ve olası karanlık madde adaylarıdırlar. Birkaç çalışma, hafif ilkel kara deliklerin buharlaşacağını ve Hawking radyasyonu yoluyla buharlaşma yoluyla büyük MeV nötrino akışları yayacağını ortaya koydu.

Şimdi, Valentina De Romeri ve meslektaşları, gelecekteki nötrino deneyleriyle bu nötrinoları tespit etme olasılığını araştırdılar: DUNE ve THEIA. Bu deneylerin özelliği, farklı dedektör teknolojilerine, DUNE için sıvı argon ve THEIA için su bazlı sıvı sintilatöre dayanacak olmalarıdır. Bu, PBH'lerin buharlaşmasından MeV nötrinolarının olası tespiti hakkında tamamlayıcı bilgiler vermelerini sağlar.

Şekil 1:Beklenen %95 C.L. DUNE'da MPBH'nin bir fonksiyonu olarak PBH'ler (fPBH) formunda DM fraksiyonu üzerindeki hassasiyetler. Sol panel, PBH'lerin monokromatik bir kütle dağılımını ve üç farklı dönüşü varsayar. Sağ panel, farklı genişliklerde log-normal PBH kütle dağılımı içindir © Valentina De Romeri ve ark.

Ayrıca, ilkel kara deliklerin kütlesine ve dönüşüne bağlı olarak, beklenen nötrino akışının nasıl değişeceğini araştırdılar. Ek olarak, monokromatik ve genişletilmiş PBH kütle dağılımlarını dikkate almışlardır.

Farklı PBH kütle dağılımları ve dönüşleri varsayarak her iki deneyde de beklenen olay spektrumlarını simüle ediyoruz ve beklenen %95 CL'yi çıkarıyoruz. bu senaryolara karşı hassasiyetler.”

Hem DUNE hem de THEIA'nın, 10 15 – 10 16 g arasındaki kütlelere sahip PBH'lerin bolluğu üzerinde SuperKamiokande'den gelen mevcut sınırları önemli ölçüde iyileştirebileceğini ve hatta daha ağır PBH'lerin araştırılmasına izin verebileceğini gösterdiler. DUNE, özellikle düşük kütleli ilkel kara deliklerin tespiti içindir, yani aşağıda

3 × 10 15 . PBH kütlesi arttıkça, toplam akı azalır ve daha düşük enerjilere kaydırılır. DUNE'un bu aramalar için düşük enerji limiti 16 MeV'ye sabitlenmiştir, çünkü daha düşük enerjilerde güneş nötrino akısı büyüklük sıralarında daha büyük olacaktır. DUNE duyarlılığı daha büyük PBH kütlelerinde biraz daha kötüdür. İşte o zaman THEIA devreye giriyor. THEIA'nın bu aramalar için düşük enerji limiti 10-20 MeV civarındadır ve bir sıvının duyarlılığına göre than 8×10 15 g'dan büyük kütlelerin PBH'lerine duyarlılığı artırabilir. atmosferik nötrinoların geniş arka planını azaltarak sintilatör.

İncir. 2:Beklenen %95 C.L. 20/80 kton referans hacmi varsayılarak (üst/alt paneller) THEIA'da MPBH'nin bir fonksiyonu olarak PBH'ler (fPBH) formunda DM fraksiyonu üzerindeki hassasiyetler. Sol paneller, PBH'lerin monokromatik bir kütle dağılımını ve üç farklı dönüşü varsayar. Sağ paneller, farklı genişliklerde log-normal PBH kütle dağılımı içindir © Valentina De Romeri ve diğerleri

Ek olarak, PBH'ler monokromatik bir kütle dağılımını takip ederse, DUNE ve THEIA, sırasıyla 7 × 105 g ve 9 × 105 g kütlelere kadar karanlık maddenin tek bileşeni olarak dönmeyen PBH'leri hariç tutabilecektir.

Ayrıca, PBH'ler dönüyorsa, nötrino akışının arttığını buldular. Bu nedenle, bolluklarına ilişkin türetilen hassasiyetler daha güçlüdür.

“DUNE ve THEIA gibi gelecekteki nötrino deneyleri, PBH karanlık maddesi üzerinde rekabetçi kısıtlamalar belirleyebilecek, böylece şu anda esas olarak foton verileriyle kısıtlanmış olan PBH parametre uzayının bir bölümünde tamamlayıcı problar sağlayabilecektir.”

- çalışmanın sonuç yazarları

Referans: Valentina De Romeri, Pablo Martínez-Miravé, Mariam Tórtola, “Signatures of ilkel kara delik karanlık madde at DUNE ve THEIA”, Arxiv, 2021. https://arxiv.org/abs/2106.05013

Diğer web sitelerinin editörleri için not: Bu makaleyi tamamen veya kısmen yeniden kullanmak için lütfen yazarımız/editörümüz S. Aman'a atıfta bulunun veya makalemizin bir bağlantısını sağlayın.


Bir kara delik nasıl bulunur ve incelenir

Galaksinin bir yerinde, uzay ve zamanın dokusunu delecek kadar yoğun bir yıldızın cesedini hayal edin. O kadar yoğun ki, çok yaklaşan çevredeki herhangi bir maddeyi yutar ve onu hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı bir yerçekimi dalgasına çeker.

Ve madde, dönüşü olmayan nokta olan olay ufkunu bir kez geçtiğinde, neredeyse sonsuz derecede küçük bir noktaya, uzay-zamanın o kadar kavisli olduğu bir noktaya doğru çaresizce dönerek tüm teorilerimizi çökertir: tekillik. Hiç kimse canlı çıkamaz.

Kara delikler gerçek olamayacak kadar garip geliyor. Ama aslında uzayda oldukça yaygındırlar. Samanyolu'nda bilinen düzinelerce ve muhtemelen milyonlarca daha var ve bunun dışında milyarlarca kez gizleniyor. Bilim adamları ayrıca, bizimki de dahil olmak üzere neredeyse her galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik olabileceğine inanıyor. Uzay-zamanın bu korkunç bükülmelerinin yapımları ve dinamikleri, bilim adamlarını yüzyıllardır şaşırtıyor.

Kara deliklerin tarihi

Her şey İngiltere'de 1665 yılında bir elmanın ağacın dalından kopup yere düşmesiyle başladı. Isaac Newton, Woolsthorpe Malikanesi'ndeki bahçesinden izlerken, elmanın inişi hakkında düşünmeye başladı: yirmi yıl sonra, elmaların ve güllelerin ve hatta gezegenlerin hareketini yöneten bir tür evrensel kuvvet olması gerektiği sonucuna varan bir düşünce dizisi. vücutlar. Buna yerçekimi adını verdi.

Newton, kütlesi olan herhangi bir nesnenin yerçekimi kuvvetine sahip olacağını fark etti. Kütle arttıkça yerçekiminin arttığını buldu. Bir nesnenin yerçekiminden kaçmak için kaçış hızına ulaşmanız gerekir. Dünyanın yerçekiminden kaçmak için saniyede yaklaşık 11 kilometre hızla gitmeniz gerekir.

100 yıl sonra, İngiliz bir bilge olan Rahip John Michell'i, güneşten çok daha büyük veya çok daha fazla sıkıştırılmış bir yıldız varsa, kaçış hızının düşebileceği sonucuna götüren şey, Newton'un yerçekimi ve hareket yasalarını keşfetmesiydi. ışık hızını bile aşıyor. Bu nesnelere "karanlık yıldızlar" adını verdi. On iki yıl sonra, Fransız bilim adamı ve matematikçi Pierre Simon de Laplace aynı sonuca vardı ve şu anda kara delikler olarak bildiğimiz şeyin varlığına matematiksel kanıt sundu.

1915'te Albert Einstein, uzay ve zamanı kavisli dört boyutlu bir nesne olarak gören devrimci genel görelilik teorisini ortaya koydu. Einstein, kütleçekimini bir kuvvet olarak görmek yerine, uzayın ve zamanın kendisinin bir bükülmesi olarak gördü. Güneş gibi büyük bir nesne, uzay-zamanda bir göçük, bir yerçekimi kuyusu yaratarak, güneş sistemimizdeki gezegenler gibi çevredeki herhangi bir nesnenin etrafında kavisli bir yol izlemesine neden olur.

Einstein bu teoriyi yayınladıktan bir ay sonra, Alman fizikçi Karl Schwarzschild, Einstein'ın denklemlerinde büyüleyici bir şey keşfetti. Schwarzschild, bilim adamlarını bir uzay bölgesinin, hiçbir nesnenin kaçamayacağı bir yerçekimi kuyusu yaratacak kadar çarpık hale gelebileceği sonucuna götüren bir çözüm buldu.

1967'ye kadar uzay-zamanın bu gizemli bölgelerine evrensel bir unvan verilmemişti. Bilim adamları, kaçınılmaz yerçekiminin karanlık planlarını tartışırken "çöküş" veya "donmuş yıldız" gibi terimler kullandılar. Fizikçi John Wheeler, New York'taki bir konferansta "kara delik" terimini popüler hale getirdi.

kara delik nasıl bulunur

Yıldız oluşumu sırasında yerçekimi, maddeyi yıldızın iç basıncı tarafından durdurulana kadar sıkıştırır. İç basınç sıkıştırmayı durdurmazsa, kara delik oluşumuna neden olabilir.

Büyük yıldızlar çöktüğünde bazı kara delikler oluşur. Bilim adamları, diğerlerinin, büyük patlamadan bir milyar yıl sonra, evrenin çok erken bir döneminde oluştuğuna inanıyor.

Bir kara deliğin ne kadar muazzam olabileceğinin, bazen güneşin kütlesinin bir milyar katından fazlasının sınırı yoktur. Genel göreliliğe göre, ne kadar küçük olabileceklerinin de bir sınırı yoktur (kuantum mekaniği aksini önerse de). Kara delikler, çevrelerindeki maddeleri yutmaya devam ederken kütle olarak büyürler. Daha küçük kara delikler, eşlik eden bir yıldızdan madde toplarken, daha büyük olanlar çok yaklaşan herhangi bir maddeden beslenirler.

Kara delikler, ötesinde ışığın bile kaçamayacağı bir olay ufku içerir. Hiçbir ışık dışarı çıkamadığı için bir kara deliğin bu yüzeyinin ötesini görmek imkansızdır. Ancak bir kara delik görememeniz, onu tespit edemeyeceğiniz anlamına gelmez.

Scientists can detect black holes by looking at the motion of stars and gas nearby as well as matter accreted from its surroundings. This matter spins around the black hole, creating a flat disk called an accretion disk. The whirling matter loses energy and gives off radiation in the form of X-rays and other electromagnetic radiation before it eventually passes the event horizon.

This is how astronomers identified Cygnus X-1 in 1971. Cygnus X-1 was found as part of a binary star system in which an extremely hot and bright star called a blue supergiant formed an accretion disk around an invisible object. The binary star system was emitting X-rays, which are not usually produced by blue supergiants. By calculating how far and fast the visible star was moving, astronomers were able to calculate the mass of the unseen object. Although it was compressed into a volume smaller than the Earth, the object's mass was more than six times as heavy as our sun.

Several different experiments study black holes. The Event Horizon Telescope will look at black holes in the nucleus of our galaxy and a nearby galaxy, M87. Its resolution is high enough to image flowing gas around the event horizon.

Scientists can also do reverberation mapping, which uses X-ray telescopes to look for time differences between emissions from various locations near the black hole to understand the orbits of gas and photons around the black hole.

The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or LIGO, seeks to identify the merger of two black holes, which would emit gravitational radiation, or gravitational waves, as the two black holes merge.

In addition to accretion disks, black holes also have winds and incredibly bright jets erupting from them along their rotation axis, shooting out matter and radiation at nearly the speed of light. Scientists are still working to understand how these jets form.

What we don't know

Scientists have learned that black holes are not as black as they once thought them to be. Some information might escape them. In 1974, Stephen Hawking published results that showed that black holes should radiate energy, or Hawking radiation.

Matter-antimatter pairs are constantly being produced throughout the universe, even outside the event horizon of a black hole. Quantum theory predicts that one particle might be dragged in before the pair has a chance to annihilate, and the other might escape in the form of Hawking radiation. This contradicts the picture general relativity paints of a black hole from which nothing can escape.

But as a black hole radiates Hawking radiation, it slowly evaporates until it eventually vanishes. So what happens to all the information encoded on its horizon? Does it disappear, which would violate quantum mechanics? Or is it preserved, as quantum mechanics would predict? One theory is that the Hawking radiation contains all of that information. When the black hole evaporates and disappears, it has already preserved the information of everything that fell into it, radiating it out into the universe.

Black holes give scientists an opportunity to test general relativity in very extreme gravitational fields. They see black holes as an opportunity to answer one of the biggest questions in particle physics theory: Why can't we square quantum mechanics with general relativity?

Beyond the event horizon, black holes curve into one of the darkest mysteries in physics. Scientists can't explain what happens when objects cross the event horizon and spiral toward the singularity. General relativity and quantum mechanics collide and Einstein's equations explode into infinities. Black holes might even house gateways to other universes called wormholes and violent fountains of energy and matter called white holes, though it seems very unlikely that nature would allow these structures to exist.