We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Gemi 1 kara deliğin dışında. 2. gemi bir kara deliğe yaklaşıyor. Gemi 1 için, gemi 2'nin kara deliğe yaklaştıkça gemi 2'nin hareket etmeyi bıraktığı noktaya kadar daha yavaş hareket edeceği görülecektir.
2 çıplak kara deliğin (çevreleyen bir kara delik olmayan sonsuz yoğun bir nokta) birleşmesinin, hızlarından bir bulanıklık gibi görüneceğini hayal ediyorum, ancak zaman genişlemesi nedeniyle, birleşmenin nasıl yapıldığının iyi bir görüntüsünün altındaki bu gif resmi. 1 gemi gibi görünüyor? O zaman bir kara delik birleşirken ne kadar hızlı hareket eder?
Bir uzman olmaktan oldukça uzağım, ancak bu sorunun birçok hareketli parçası var ve kısmen karadeliğin tam olarak ne olduğuna dair iyi bir tanımımız olmadığı için bu sorunun yanıtlanması kolay değil. Özel görelilik bize bunun, notun kaçabileceği bir olay ufku ile çevrili bir nokta tekilliği olduğunu söyler. Kuantum fiziği bize bunun ne olduğunu bilmediğimizi söylüyor, ancak şahin radyasyonu olay ufkundan kaçabilir ve bilgi dışarıda korunur… ee, sanırım. Yakın zamanda yapılan bir yerçekimi dalgası keşfi (bkz. özel görelilik), birleştiklerinde kütlenin oldukça adil bir bölümünü kaybettiklerini gösteriyor.
Gemi 1 için, gemi 2'nin kara deliğe yaklaştıkça gemi 2'nin hareket etmeyi bıraktığı noktaya kadar daha yavaş hareket edeceği görülecektir.
Bu genel açıklamadır, ancak buna biraz ayrıntı eklemek istiyorum. Bu sadece gemi sıfır teğetsel hızla kara deliğe düşerse işe yarar.
Bir kara deliğe düşerken hem görünür ışığı yansıtan hem de kızılötesi ışık yayan bir gemi hayal edersek, kara deliğe düşerken çok hızlı hızlanır, ta ki zaman genişlemesi devreye girene ve yavaşlıyormuş gibi görünene kadar. kara deliğe çok yakın. Hızı, ışık hızının önemli bir kısmıdır - başka biri isterse matematiği yapabilir, ancak başka bir sorudaki bellek doğruysa, yavaşlama devraldığında ışık hızının yaklaşık 1/3'ü - gözlemciye. Gemiye doğru hızlanmaya devam ediyor.
Bununla birlikte, gemi kırmızıya kaymaya devam eder, çünkü gemiden kaçan ışık her iki taraf tarafından da kırmızıya kaydırılır. GEMİArtan hız, yerçekimi kırmızı kaymasıyla birleştiğinde, görsel olarak gemiyi oldukça hızlı bir şekilde gözden kaybedersiniz.
Göreceli yerçekimi ile bir tuhaflık nedeniyle başka bir şey olur. Bir nesne ışığı her yöne yansıtır ve yayar, ancak kara deliğe yeterince yaklaştıkça, kaçabilecek tek ışık neredeyse tamamen diktir. Işık ancak bir kara deliğin foton küresinden dik açıya yakınsa kaçabilir ve belki de benim ifadem orada iyileştirme kullanabilir. Bu sorunun bir kara delik etrafındaki yörünge hızı hakkında çok güzel bir cevabı var. Teğetsel ışık önemli ölçüde bükülür veya tamamen sıkışır. Bunun anlamı, gemi, kara deliğin merkezi ve baktığınız yer arasında doğrudan dik olmayan her şeyi oldukça hızlı bir şekilde gözden kaçıracaksınız. Gemiyi gerçekten görmeye devam etmek için kara deliğin etrafına yayılmış çok sayıda kameraya ihtiyacınız olacak ve görüntünün yeniden yapılandırılması gerekecek.
Ve foton küre olmasa bile, geminin bazı kısımlarının olay ufkuna diğer kısımlarından daha yakın olacağı ve bu ışığın gemiden gözlerinize biraz farklı yönlerde gideceği gerçeği, muhtemelen bir miktar bozulma göreceksiniz, Görelilik televizyon programlarında görmüş olabileceğiniz yüksek hızlı simülasyonlara benzer veya bu web sitesi bazı örnekler verir veya Randy Johnson bir beyzbol attığında.
Ve unutmayalım ki, uzaysallaşmanın bir sorun olmayacağı ve bükülmenin daha az olacağı, ancak fotonsferin hala bir sorun olacağı gerçekten büyük bir kara deliğiniz olmadıkça, herhangi bir nesne gelgit kuvvetleri nedeniyle parçalanacak ya da spagetti yapacaktır.
Demek istediğim, geminin görünür kalmasının hikayesi güzel bir basitleştirme, gerçekte aşırı basitleştirilmiş. Teğetsel hızı yok sayar ve hem yayılacağından hem de hızla kırmızıya kayacağından tanınmayacak kadar sık sık bahsedilmez. Işığın parçacık yapısı, çok kısa bir süre içinde geminin titreyen tek tek fotonlara indirgeneceğini ve çok sayıda teleskopa ihtiyacınız olacağını (bu kadar kırmızıya kaymış ışığı yakalamak için bir teleskop yapabileceğinizi varsayarsak) ve yeterli foton yakalamak, hatta gemiyi takip etmek için muazzam bir zaman. Pratik açıdan oldukça hızlı bir şekilde kaybolur. Bir süre yavaşladığını, kırmızıya kaydığını ve gerildiğini görebilirsiniz, ancak çok uzun sürmez.
Ve gemi kara deliğe teğetsel bir hızla düşerse, üzerinde görsel bir iz tutmak için bu daha da kötüdür ve uzayda başka bir şeye düşen hemen hemen her şeyin teğetsel hızı vardır. Geminin yerinde donmuş ve solmuş gibi göründüğü fikri muhtemelen hiç doğru değil ama burada herhangi bir uzman beni bu konuda düzeltmek isterse, düzeltmeye davet ediyorum.
Sorunuza bir meslekten olmayanın cevabını vermeden önce bu karmaşıklığa dikkat çekmek istedim.
İki kara delik birbirine düştüğünde nasıl görüneceğini kişisel olarak hayal edebilmemin en iyi yolu, olay ufkunun dışındaki fotonları ve onlara ne olduğunu düşünmektir.
Bu muhtemelen 2. gemiden nasıl göründüğüne dair oldukça iyi bir tahmindir. Bunun gibi görüntülerin bilgisayar tarafından oluşturulduğunu ve fena olmadığını düşünüyorum. Katılmadığım bir şey, bu görüntülerin her zaman kara deliğin etrafında bir tür halka ile çizilmesidir.
Gördüğünüz siyah daire aslında olay ufku değil fotonküredir ve tamamen siyah değildir çünkü teğetsel hıza sahip bir miktar ışık fotonküreden kaçabilir, ancak içeride çok enerjik bir şey olmadıkça muhtemelen oldukça karanlıktır.
Ayrıca, yukarıdaki kara delikler, etraflarında bir tür ışık çemberi ile çizilmiştir. Bu da muhtemelen doğru değil. Tüm alan çarpık, yani ışık çemberi yok. Bir nesnenin etrafında ışığı engelleyen bir daire gördüğümüzü hayal ederiz çünkü ışık bir nesnenin etrafını sarabilir ve nesnelerin kenarları olduğunu düşünürüz, ancak bu doğru değildir. Foton kürenin etrafında dışa doğru uzanan bir bükülme olur, ancak bir ışık çemberi olmaz. Bir kara deliğin diğerinin önünden geçtiğini görmemeniz için iyi bir şans olduğundan şüpheleniyorum, sadece siyah üzerine siyah gibi kaybolduğunu göreceksiniz, sonra artık diğerinin önünde değilken arkasındaki boşluk çarpınca yeniden ortaya çıkıyorsunuz. .
Bu tür videoları daha görünür kılmak için alınan özgürlüklere itiraz etmiyorum, ancak nasıl görüneceğini soruyorsanız, bu düzeltmelerin dikkat çekmeye değer olduğunu hissettim.
Sorularınız üzerine:
zaman genişlemesi nedeniyle, aşağıdaki gif resmi, birleşmenin 1. gemide nasıl görüneceğinin iyi bir sunumu mu?
(yukarıda yazılanları da verin).
Amatörlere nasıl görüneceğine dair bir fikir vermek için iyi bir render. Zaman genişlemesi büyük ölçüde alakasız çünkü kara delikler çok büyük kara delikler olmadıkça birbirlerini çok çok hızlı bir şekilde yörüngeye alacaklardı. Sorunuzla ilgili bir başka zorluk da bu. Cevap, Andromeda ve Samanyolu'nun kara deliklerinin birleşmesi beklendiğinde ve yıldız kütleli kara deliklerle olması beklendiği gibi, 2 süper kütleli karadelikle biraz değişiyor.
Yıldız kütleli kara delikler birbirlerini çok hızlı bir şekilde yörüngeye oturtacak ve zaman genişlemesi onu biraz yavaşlatacaktı, ancak yavaş göründüğü yerde yeterli değil. İlginç şeyler, çok yaklaştıklarında olur. Yaklaşık 30 güneş kütleli iki kara deliğin birleştiği zaman, Ligo tarafından tespit edilen çarpışmayı ele alalım. 30 güneş kütleli bir kara deliğin yarıçapı yaklaşık 90 km'dir ve eğer iki nesne birbirine yeterince yakın yörüngede dönüyorsa, bir uzay gemisini park etmek ve çarpışmalarını izlemek isteyeceğiniz yere, bu mesafenin yaklaşık 5 veya 10 katı, diyelim ki 900 km mesafe. Göreli hızlarda (3.14 x 2 x 900), 5.652 km'lik bir parkurda, göreceli hızlarda hareket eden nesneler, saniyede birkaç yörüngeye bakıyorsunuz, veriyor veya alıyor, bu muhtemelen yaklaştıkça hızlanacak. Zaman genişlemesi yeterince hızlı yetişmiyor. Bazı kırmızıya kaydırılmış yavaşlamış parçalar elde edebilirsiniz, ancak uzay gemisi gibi, kara deliklerin birbirlerinin üzerinde donmasını izleme fikri muhtemelen gerçekte göründüğü gibi değildir.
Akılda tutulması gereken birkaç şey daha. Kara delikler birbirine doğru spiral çizdikçe kütle kaybederler, dolayısıyla olay ufukları daralır, bu da kütleçekimsel dalga enerjisinin çoğunun kaybolduğu son ana kadar gözlemlenmesi zor olurdu.
Ve siyah kısım aslında olay ufku değil fotonküredir. İzleyiciye, tabiri caizse, sadece fotonküreleri el sıkışırken, kara deliklerin birbirine dokunduğu görünebilir. Küçük bir kara delik ve daha büyük bir kara delik ise, birleşme gerçekleşmeden ve muazzam kütleçekimsel dalga enerjisi darbesi serbest bırakılmadan önce küçük olan daha büyük olanın fotonküresinde kaybolabilir.
Yani, video muhtemelen neye benzediğinin çok doğru bir temsili değil, hatta yavaşlamaya izin veriyor, ama kötü de değil. Ne olduğunu göstermeye çalışmak kadar doğru olması gerektiğini düşünmüyorum. Jüpiter'e gerçekte sahip olmadığı tüm bu renkleri verdiklerinde olduğu gibi. Bizim gibi insanların Jüpiter'i "görmesine" yardımcı olur, ancak gerçek bir resim daha az renkli olurdu. Bir şeyi daha görsel hale getirmek için biraz doğruluktan fedakarlık etmek sorun değil.
2 çıplak kara deliğin (çevreleyen bir kara delik olmayan sonsuz yoğun bir nokta) birleşmesinin, hızlarından bir bulanıklık gibi görüneceğini hayal ediyorum,
Tamam, işte kafamın içinde olduğum yer burası, çünkü bu zor. Bir düşünce deneyi yaptığınızı hayal ediyorum, aslında "çıplak kara delikler" önermek değil, yani iki tekilliğin birbirine doğru spiral olduğunu görebilseydiniz, neye benzerdi.
Birincisi, bir tekillik göremezsiniz. Birini görmek istediğinizi hayal edin, böylece geminizi bir kara deliğe yelken açıyorsunuz. Elbette bu bir intihar görevi ama "çıplak tekilliği" ilk gören siz olacaksınız - YANLIŞ. Hiçbir ışık teorik nokta tekilliğinden dışarı doğru hareket edemez, bu nedenle olay ufkunun içindeyken çok fazla değişiklik olmaz. Farklı teğetsel hız varyasyonları ile size düşen şeyleri görüyorsunuz. Uzayın eğriliği tarafından gerilmiş ve bükülmüş şeyleri görüyorsunuz ama tekilliği göremezsiniz çünkü o size doğru hiç foton göndermez. Belki bir miktar şahin radyasyonu gözlemleyebilirsiniz, ancak bu bile şüphelidir, çünkü bir parçacığın kaçabileceği ve birinin çıkabileceği olay ufkunun sınırının aksine, içeride, her iki parçacık da tekilliğe çekilir ve muhtemelen iyi sanal parçacıklar gibi birbirini yok eder. yapmaları gerekiyor. Uzayı, arkanızda yıldız ışığını ve etrafınızdaki şeyleri görürdünüz ama tekillikleri asla göremezsiniz (bunun zaten olduğunu varsayarsak, bir kara deliğin içinde ne olduğuna dair iyi bir cevabımız yok).
Göremeseniz de modelleyebilirsiniz. İki teorik nokta tekilliği, çürüyen bir yörüngede birbirine sarmal olur. Kara deliğin içinde salınan yerçekimi dalgaları muazzam olurdu, ancak bir şekilde, kara deliğin içindeki tüm bu enerji muhtemelen kara deliğin içinde hapsolmuş durumda kalacaktı. Kaybedilen yerçekimi dalgası enerjisinin tamamı muhtemelen teorik tekillik diğer kara deliğin olay ufkunu geçmeden veya olay ufku bir deyimle birbirine değip birleşmeden önce gerçekleşir.
Ancak bu senaryoda iki nokta tekilliği olduğunu hayal ederseniz, bunların birbirine çok hızlı bir şekilde sarmal olarak girmemeleri için hiçbir neden göremiyorum. Bunun daha iyi bir resmini elde etmek için, sahip olmadığımız, kabul edilmiş bir kuantum yerçekimi modeline ihtiyacımız var. Maddenin olay ufkunun dış kenarında toplandığı, zamanın durduğu ve merkezi tekilliğin olmadığı karadelik modelleri de vardır.
yani sorunuzun gerçek cevabı Bunun ne olacağını kimse bilmiyor, ancak iki kara delik birleştiğinde iki nokta tekilliği hayal edersek, özel görelilik yasaları, bunların birbirlerine çok çok hızlı, belki de bir saniyenin küçük bir bölümünde uçacaklarını önerir. Özel görelilik tarafından tanımlandığı gibi, birbirlerine sarmal olarak yerçekimi enerjisi yayılır, ancak enerjinin kaçacağını düşünmüyorum, olay ufkunun içinde kalır, ancak bu konuda sadece tahmin yürütüyorum. Bu sorunun muhtemelen düzgün bir şekilde cevaplanamamasının birçok nedeni var.
Nokta tekilliğinin açısal momentumunu korumak için daha çok dönen bir çember veya halka olduğu bir kerr kara delik olasılığı da var, ancak bunun yerçekimi dalgaları yoluyla enerji kaybetmekle nasıl iç içe geçtiğini görmekte her zaman zorlandım… Bunu açıklamaya çalışmayacağım, çünkü maaş notumun üzerinde.
Şiirselliği biraz fazla abarttıysam özür dilerim, ama bence bu soru neredeyse bir düşünce deneyi gibi çalışıyor, ancak muhtemelen yanıtlaması imkansız.
Bilim adamları, kara deliklerin bir trilyon güneşin ışığıyla birleşebileceğini söylüyor
Kara delikler çarpıştığında, ortaya çıkan kozmik dramanın, her iki nesnenin de görünmez olduğu göz önüne alındığında, karanlığın pelerini altında oynanacağı varsayıldı. Ancak şimdi gökbilimciler, güneşten trilyon kat daha parlak bir ışık aleviyle işaretlenmiş böyle bir birleşmenin ilk optik gözlemlerini yaptıklarına inanıyorlar.
Parlama, geçen yıl yerçekimi dalgası gözlemevi Ligo tarafından uzayın dokusundan gönderilen dalgacıkları toplayan bilinen bir kara delik birleşmesiyle bağlantılıydı. En son gözlemler, daha da devasa bir kara deliğin yığılma diskinde bu felaket olaylarının meydana geldiğinde, çevredeki toz ve gaz tarafından parlak bir şekilde aydınlatıldıklarını ve bu da onları optik teleskoplar tarafından da görünür hale getirdiğini gösteriyor.
California Teknoloji Enstitüsü'nde astronomi araştırma profesörü ve çalışmanın baş yazarı Matthew Graham, “Bu süper kütleli kara delik, bu daha ani parlamadan önce yıllarca uğuldadı” dedi. "Parlamanın muhtemelen bir kara delik birleşmesinin sonucu olduğu sonucuna vardık."
Yazarlar, diğer kaynakları tamamen dışlamadı, ancak New York Şehir Üniversitesi'nde ortak yazar olan Saavik Ford, şüphe penceresinin dar olduğunu söyledi. "% 99,9 eminiz," dedi.
Birmingham Üniversitesi Yerçekimi Dalgası Astronomi Enstitüsü müdürü Prof Alberto Vecchio, uzmanların şimdi son gözlemlerin, önümüzdeki aylarda aynı olayın ayrıntılı bir analiziyle nasıl uyumlu olduğunu görmek için yakından izleyeceklerini söyledi. Lig bilim adamları. “İki bağımsız gözlem sıralanırsa… bu gerçekten oldukça muhteşem bir şey olurdu” dedi.
Gözlemler, Ford ve meslektaşı Barry McKernan'ın, üçüncü bir süper kütleli kara deliğin yığılma diskinin zemininde meydana gelmeleri durumunda, beklentilerin aksine, kara delik birleşmelerinin görünür olacağına dair teorik tahminlerde bulunmalarından sonra geldi.
Ford ve McKernan, parlak olayları tespit etmek için tasarlanmış tüm gökyüzü araştırma teleskopu Zwicky Geçici Tesisi (ZTF) için proje bilimcisi olan Graham ile birlikte çalıştı. Ford, “Böyle bir şey için mükemmel olduğu ortaya çıktı” dedi.
Bilim adamları, her tespit yapıldığında kamu uyarıları yayınlayan Ligo tarafından tespit edilen bilinen çarpışmalarla yer ve zaman çakışan herhangi bir işaret fişeği aramak için Zwicky verilerini araştırdı. Bir olay göze çarpıyordu: Ligo'nun geçen yıl Mayıs ayında tespit ettiği S190521g olarak adlandırılan bir birleşme.
Graham, “Üç yıl önce ankete başladığımızda kesinlikle tahmin edeceğiniz şeylerden biri değildi” dedi.
Daha yakından yapılan bir analiz, birleşmenin J1249+3449 adlı, Dünya'nın güneş etrafındaki yörüngesine eşdeğer bir çapa sahip, uzak bir süper kütleli kara deliğin yakınında gerçekleştiğini ileri sürdü. Bir çift daha küçük kara delik, yığılma diskinin dış kısımlarında oturuyordu; devasa merkezi düden etrafında dönen bir yıldız, toz ve gaz halesi. Ford, "Bu nesneler, merkezdeki korkunç kraliçe arının etrafında kızgın arılar gibi toplanıyor" dedi.
Her biri Wight Adası büyüklüğünde ve 150 güneşlik birleşik kütleye sahip kara delik çifti, içe doğru sarmal olarak ve birleşirken, yerçekimi dalgaları uzaya gönderilir ve yeni, birleştirilmiş nesne ters yönde bir tekme yaşar. , onu diskin toz ve gazından geçerek ve çevredeki boşluğa göndererek.
McKernan, "Teleskoplarla görülebilen parlak bir parlama yaratan gazın bu hızlanan mermiye verdiği tepkidir" dedi.
Doğrulanırsa, gözlemler kara delik astronomisindeki merkezi bir sorunu çözmeye yardımcı olabilir: olması gerekenden çok daha fazla ağır karadelik var. Çökmüş antik yıldızlardan kara delikler oluşur. Bunlar birleştiğinde daha büyük kara delikler oluşur, ancak bazı kara delikler o kadar büyüktür ki, teoride, gözlemlenen boyutlarına kartopu yapmaları için evrenin yaşından daha uzun sürmesi gerekirdi.
Olası bir açıklama, kara deliklerin bir araya toplanma disklerinde kümelenmesi durumunda, birden fazla birleşme turunun çok daha olası hale gelmesidir. Vecchio, “Bu kara delikleri tek bir yerde tutabileceğiniz bir yeriniz varsa, onları verimli bir şekilde eşleştirebilirsiniz” dedi. "Gaz, hepsini bir arada tutan yapıştırıcıdır."
Ligo gözlemleri bu soruyu kolayca çözemez, çünkü yerçekimi dalgası astronomisi, bir birleşmenin gökyüzünde tam olarak nerede gerçekleştiğini tam olarak belirleyemez, ancak aynı olaylar geleneksel teleskoplar kullanılarak görülebilseydi, bir cevap yakın olabilirdi. Bulgular Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
İkili bir kara delik birleşmesi neye benzerdi?
1: Simüle edilmiş bir ikili kara delik birleşmesinden görülen Samanyolu Gökadası'nın bir görünümü.
Astrobites ikili kara delik birleşmelerini çok tartışır. Ama bunlardan biri gerçekte nasıl görünürdü? Hiçbir şey, değil mi? Kara delikler ışık yaymazlar, onu hapsederler. Evet, ama eğer bir ışık kaynağı, bir el feneri ya da başka bir şey, bir yıldız fonu olsaydı, o zaman ikili kara delik (BBH) birleşmesinin etrafındaki sallanan, kıvrılan uzay-zaman, kaynağın çarpıklıkları olarak görünür hale gelirdi. Unutmayın, ışık ışınları büyük nesnelerin etrafında kıvrılır ve bu anlamda kara delikler merceklerdir. BBH birleşmesi ne tür bir lenstir?
Bu yazarlar, BBH birleşmelerinin mercek altına aldığı ışık kaynaklarının ilk resimlerini, aslında BBH birleşmelerinin sayısal modellerini sunuyor. Sağ tarafta, pencerenizin hemen dışında bir BBH birleşmesi gerçekleşseydi Samanyolu Gökadası'nın nasıl görüneceğini görebilirsiniz.
İncir. 2: Simüle edilmiş BBH birleşmesi yoluyla ışık ışınlarının zamanda geriye giden yörüngeleri. Ovaller kara deliklerin olay ufuklarını temsil ediyor: kaçışı olmayan yüzeyler. Kesikli yörüngeler bir kara delikte sonlanırken, katı yörüngeler uzaysal sonsuzluğa gider. Işınlar zaman içinde geriye doğru izlendiğinden, sağ alt panel en erken anlık görüntüyü gösterir ve ‘sonlandırma ’ gerçekten ‘kökenli’ anlamına gelir.
Bunun gibi, sayısal modellerinin fotoğraflarını çekmek için sayısal iğne deliği kamera kullanırlar. Gerçek bir iğne deliği kamerası, gelen bir ışık ışınının açısını görüntü düzleminde benzersiz bir konuma eşler. Sayısal iğne deliği kameraları aynı şeyi tersten yapar: görüntüdeki her x,y konumu için (bir piksel), karşılık gelen benzersiz ışık ışınını hesaplar. Bir film gibi verilerin birden çok anlık görüntüsü olarak kaydedilen, önceden simüle edilmiş bir BBH uzay-zamanı aracılığıyla ışını zamanda geriye doğru izler. Işın sonunda neye çarparsa vursun, bu pikselin rengidir. Bu, bilgisayar grafiklerinde iyi bilinen bir yöntemdir ve çok fazla bilgi işlem gücü gerektirdiği bilinmektedir. Şekil 2, birkaç veri anlık görüntüsü boyunca geriye doğru izlenen bir ışın demetini göstermektedir.
Kara deliklerin ne kadar hızlı hareket ettiğine dikkat edin, ışık ışınları zar zor yetişiyor! Ayrıca uzay-zamanın ne kadar kaotik olduğuna dikkat edin! İlk ışın yörüngelerindeki küçük farklılıklar, çılgınca farklı uç noktalar verir. Açıkça, verilerinin gerçek bir resmini çekmek için doğru bir ışın izleme algoritması gereklidir. Bu amaçla Bohn ve ark. ışık ışınlarını tanımlayan denkleme bir değişiklik getirin ve ışın izlemenin hem doğruluğunu hem de hızını iyileştirin. Hız önemlidir çünkü tek bir resim için yüz binlerce yörüngeyi hesaplarlar.
Şekil 3: Gökyüzünü kaplayan bir küre üzerine boyanmış arka plan ışık kaynağı.
Resimlerdeki arka plan ışık kaynağı, tüm gökyüzünü kaplayan yapay bir ızgaradır ve kürenin her çeyreği benzersiz bir renge boyanmıştır. Şekil 3, içini ortaya çıkarmak için bir pencerenin oyulduğu küreyi göstermektedir. Kamera ve BBH birleşmesi merkeze yerleştirildi ve beyaz nokta kara deliklerin hemen arkasında olacak şekilde yönlendirildi.
4: Yapay kürenin içinin görüntüleri (a) BH'siz, (b) merkezde tek dönmeyen BH'li, (c) tek dönen BH'li, ekran dışında dönme ekseni, (d) aynı BH'yi döndürme, ekseni yukarı döndürme.
Basit kara delik uzay zamanlarına yönelmemizi sağlamak için Şekil 4, kürenin iç kısmının tekli kara delikler tarafından merceklenen bazı görüntülerini göstermektedir.
Soldaki şekilde keşfedilecek bazı şeyler. Mercekli görüntülerde (b-d) kara deliğin arkasındaki beyaz nokta bir halkaya dönüştürülür. Einstein Halkası adı verilen bu etki üzerinde çokça çalışıldı. Doğada, devasa gökada kümelerinin mercek altına aldığı çok sayıda ünlü örnek vardır (1, 2, 3). Halka, BH'nin arkasındaki beyaz noktadan çıkan ve bu halkadan geçen ışık ışınlarının tümü BH tarafından kameraya doğru büküldüğü için oluşur. Ayrıca dönen kara delikler tarafından merceklenen görüntülerde (c)'deki girdaba ve (d)'deki asimetriye dikkat edin. Bu etkilere, genel göreliliğin bir başka iyi çalışılmış ve doğrulanmış sonucu olan çerçeve sürükleme neden olur.
Şekil 5: Yörünge açısal momentum ekseni ekrandan dışarıyı gösteren, dönmeyen, birleşen kara deliklerin bir görüntüsü. Bu resimde her bir BH'nin birden fazla görüntüsünü bulabilirsiniz.
Şimdi bir BBH birleşmesinin resmini anlamaya hazırız. Fig. 5 ve 6, iki yörüngede dönen, neredeyse birleşmiş, dönmeyen, eşit kütleli kara delikler tarafından merceklenen arka plan ızgarasının görünümlerini göstermektedir.
Bohn et al. Şekiller'in iki ilginç özelliğine dikkat çekiyor. 5 & 6. İlk olarak, görüntülerin kenarında hala bir Einstein Halkası buluyorsunuz. Aslında, kenarda, yörünge hareketinin etkisi, tek bir BH dönüşü nedeniyle olana benzer (başka bir deyişle, Şekil 5, 4c'ye ve 6, 4d'ye benziyor). Bu, açısal momentumun iki cismin yörünge hareketlerinden mi yoksa bir cismin içsel dönüşünden mi kaynaklandığına bakılmaksızın, çerçeve sürükleme etkisinin merkezi kütlelerin açısal momentumundan kaynaklanması anlamına gelir. İkinci olarak, gölgelerden herhangi birinin kenarına yakınlaştıkça görüntüler kendine benzer bir yapı ortaya çıkarır. Bunun nedeni, BH'lerin çok yakınından geçen ışınların, bir BH'ye düşmeden veya bir ışık kaynağına inmek için kaçmadan önce BH'lerin etrafında bir, iki veya keyfi olarak birçok yörünge alabilmesidir. Kendine benzer yapı, BBH uzay zamanlarına özgü değildir. Aslında, sonsuz çözünürlükle, prensipte Şekil 4'teki basit BH'lerin etrafında sonsuz sayıda Einstein Halkası bulunabilir.
Şekil 6: Şekil 5'tekiyle aynı karadeliklerin yörünge açısal momentum ekseni yukarıyı gösteren bir görüntüsü. Yine, bu resimde her bir BH'nin birden fazla görüntüsünü bulabilirsiniz. İç metin, BH kenarlarından birinin yakınında görüntüyü yakınlaştırır. Ne kadar yakınlaştırılırsa, kara deliklerin kendine benzeyen görüntüleri o kadar ince yassı gölgeler olarak görünür.
Birleşmenin yakınındaki zengin yapı aslında doğada görülebilir mi? Muhtemelen değil. Şekil 1'deki gibi gerçek arka plan ışık kaynakları, bu çalışmada kullanılan sürekli ışık kaynağının ortaya çıkardığı kendine benzerliği gizlemektedir. (Yine de yakından bakarsanız, Şekil 1'de tekrarlanan birkaç yıldız deseni bulabilirsiniz.) Ayrıca, yıldız-kütleli BBH birleşmeleri, son yörüngelerini yalnızca birkaç milisaniyede geçerler. Ve son olarak, belki de en önemlisi, teleskopların küçük açısal ayrımlardaki farklılıkları çözme yetenekleri temelde sınırlıdır. Bu, yalnızca çok yakındaki birleşmelerin potansiyel olarak görüntülenebileceği anlamına gelir. Ne kadar yakınlık gözlemlenen dalga boyuna ve teleskopun boyutuna bağlıdır. Yine de yazarlar, bir nötron yıldızı gibi ışık yayan madde içeren bir birleşmede genel parlaklık değişimleri olarak benzer merceklenme anormalliklerinin görülebileceğini belirtiyorlar.
Burada Bohn ve diğerleri tarafından hesaplanan ve sunulan görüntülerde matematiksel bir güzellik ve zenginlik var. Ve gerçekten orada oluyorlar. Bu etkilerin var olmasına rağmen muhtemelen asla görülmeyeceklerini bilmek bir şekilde alçakgönüllü ve harika. Wendell Berry'nin kızından bir alıntıyla başlayan bir şiiri vardır: 'Umarım bir yerlerde kimsenin görmediği bir hayvan vardır. Ve umarım kimse görmez.”
Tam açıklama: Bu Astrobites yazarı Bohn ve ark. ve şişeceklerini düşünüyor.
Zeyilname (17.1.14 eklendi): Bu astrobitler yazıldıktan sonra çevrimiçi olarak yayınlanan bu birleşme filmlerine göz atın.
Gökbilimciler Uzak Gökadada Olağandışı Bir Çift Kara Delik Buluyor
NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu ve NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'nden alınan bu birleşik görüntü, galaksi SDSS J112659.54+294442,8'i göstermektedir. Ok, kütleçekimsel sıyırma süreçleri nedeniyle yıldızlarının çoğunu kaybeden kara deliğe işaret ediyor. Resim kredisi: NASA / ESA / Hubble Ekibi / Chandra Ekibi / Julia M. Comerford ve diğerleri.
J1126+2944 (SDSS J112659.54+294442.8), Büyük Ayı takımyıldızında, yaklaşık 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir gökadadır.
Dr Comerford ve meslektaşlarına göre, bu galaksi, bir çift kara deliği bir araya getiren daha küçük iki galaksinin birleşmesinin sonucudur.
Kara deliklerden biri tipik bir miktarda yıldızla çevrilidir, ancak diğer kara delik garip bir şekilde "çıplak" ve beklenenden çok daha az sayıda ilişkili yıldıza sahip.
"Bir kara delik yıldızlardan yoksundur ve kendisiyle ilişkili diğer kara delikten 500 kat daha az yıldıza sahiptir. Soru şu ki, neden böyle bir tutarsızlık var, ”diyor dergide yayınlanan bir makalenin ilk yazarı olan Dr Comerford. Astrofizik Dergisi (arXiv.org ön baskı).
“Bir olasılık, aşırı yerçekimi ve gelgit kuvvetlerinin, galaktik birleşme sırasında karadeliklerden birindeki yıldızların çoğunu basitçe sıyırmış olmasıdır.”
“Ancak diğer olasılık, birleşmenin aslında Güneş'in 100 ila 1 milyon katı arasında bir kütleye sahip, nadir görülen bir orta kütleli kara deliği ortaya çıkarmasıdır.”
Orta kütleli karadeliklerin cüce gökadaların merkezlerinde var olduğu ve dolayısıyla daha az sayıda ilişkili yıldıza sahip olduğu tahmin edilmektedir. Bu orta kütleli kara delikler büyüyebilir ve bir gün süper kütleli kara delikler haline gelebilir.
"Teori, ara kara deliklerin var olması gerektiğini tahmin ediyor, ancak tam olarak nereye bakacağımızı bilmediğimiz için bunları saptamak zor. Boulder Colorado Üniversitesi'nden ortak yazar Dr Scott Barrows, bu olağandışı gökada, bu orta kütleli kara deliklerden birine ender bir bakış sağlayabilir" dedi.
J1126+2944 gerçekten de bir ara kara delik içeriyorsa, astronomlara süper kütleli kara deliklerin bu düşük kütleli "tohum" karadeliklerden evrimleştiği teorisini test etme fırsatı sağlayacaktır.
Julia M. Comerford ve diğerleri. 2015. Aktif Galaktik Çekirdeklerin Birleşmeye Dayalı Yakıt Doldurulması: Chandra ve Hubble Uzay Teleskobu Gözlemleriyle Keşfedilen Altı Çift ve Dengeli Aktif Galaktik Çekirdek. ApJ 806, 219 doi: 10.1088/0004-637X/806/2/219
Uzak Kara Delik Birleşmesinde Olağandışı Işık Sinyali İpuçları
Bilim adamları, daha önce hiç görülmemiş nadir bir olay olan birleşmenin son aşamalarında iki süper kütleli kara delik buldular.
Kendi Samanyolumuz da dahil olmak üzere pek çok ışıltılı galaksinin merkezi bölgeleri, aşılmaz karanlığın çekirdeklerini barındırır - milyonlarca, hatta milyarlarca güneşe eşdeğer kütlelere sahip kara delikler. Dahası, bu süper kütleli kara delikler ve onların ev sahibi gökadaları birlikte gelişiyor veya "birlikte evrimleşiyor" gibi görünüyor. Teori, galaksiler çarpışıp birleştikçe, giderek daha büyük hale geldikçe, karanlık kalplerinin de arttığını tahmin ediyor.
Kara delikleri kendi başlarına görmek imkansızdır, ancak kütleçekimleri çevredeki gazı çekerek, bir yığılma diski adı verilen dönen bir parlayan madde bandı oluşturabilir. Bu süreç süper kütleli bir kara deliğin başına geldiğinde, sonuç bir "kuasar" olur - ev sahibi galaksideki tüm yıldızları gölgede bırakan, evrenin her tarafından görülebilen son derece parlak bir nesne.
Pasadena'daki California Institute of Technology'de astronomi profesörü olan S. George Djorgovski, "Kuasarlar, galaksilerin ve onların merkezi kara deliklerinin evriminin değerli sondalarıdır" dedi. "Büyük bir kuasar popülasyonunu sistematik olarak inceleyebilirsek, evrimlerinin genel resmini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilecek nadir ve olağandışı fenomenleri keşfedebiliriz."
Nature dergisinin 7 Ocak sayısında, Djorgovski ve NASA'nın Pasadena, California'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'ndan Daniel Stern de dahil olmak üzere işbirlikçileri, uzak bir kuasardan gelen olağandışı bir tekrarlayan ışık sinyali hakkında rapor veriyorlar. bir birleşmenin son aşamalarındaki süper kütleli kara delikler - teoride tahmin edilen ancak daha önce hiç gözlemlenmemiş bir şey. Bulgular, kara delik birleşmeleri ve galaksi evriminin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir ve ayrıca astrofizikte "nihai parsek sorunu" olarak adlandırılan uzun süredir devam eden bir bilmeceye ışık tutmaya yardımcı olabilir. Bu, teorik modellerin bir kara delik birleşmesinin son aşamalarının neye benzediğini ve hatta sürecin ne kadar sürebileceğini tahmin etmedeki başarısızlığına işaret ediyor.
Stern, "Şimdiye kadar, birleşme yolundaki bilinen tek süper kütleli karadelik örnekleri, on veya yüz binlerce ışıkyılı ile ayrılmıştı," dedi. "Bu kadar uzak mesafelerde bir çarpışma ve birleşmenin gerçekleşmesi milyonlarca, hatta milyarlarca yıl alacaktı. Buna karşılık, bu kara delikler en fazla birkaç yüz ışık yılı uzaklıkta ve yaklaşık bir yılda birleşebilirler. milyon yıl veya daha az."
Olağandışı Işık Sinyali Zor Kara Delik Birleşmesi Hakkında İpuçları Verir
Kendi Samanyolumuz da dahil olmak üzere birçok ışıltılı galaksinin merkezi bölgeleri, milyonlarca, hatta milyarlarca güneşe eşdeğer kütlelere sahip, aşılmaz karanlık ve karadeliklerin çekirdeklerini barındırır. Dahası, bu süper kütleli kara delikler ve onların ev sahibi gökadaları birlikte gelişiyor ya da "birlikte evrimleşiyor" gibi görünüyor.
Kara delikleri kendi başlarına görmek imkansızdır, ancak kütleçekimleri çevredeki gazı çekerek, yığılma diski adı verilen dönen bir malzeme bandı oluşturabilir. Dönen parçacıklar muazzam hızlara hızlanır ve ısı ve güçlü X-ışınları ve gama ışınları şeklinde büyük miktarda enerji yayar. When this process happens to a supermassive black hole, the result is a quasar&mdashan extremely luminous object that outshines all of the stars in its host galaxy and that is visible from across the universe. "Quasars are valuable probes of the evolution of galaxies and their central black holes," says George Djorgovski, professor of astronomy and director of the Center for Data-Driven Discovery at Caltech.
In the January 7 issue of the journal Doğa, Djorgovski and his collaborators report on an unusual repeating light signal from a distant quasar that they say is most likely the result of two supermassive black holes in the final phases of a merger&mdashsomething that is predicted from theory but which has never been observed before. The discovery could help shed light on a long-standing conundrum in astrophysics called the "final parsec problem," which refers to the failure of theoretical models to predict what the final stages of a black hole merger look like or even how long the process might take. "The end stages of the merger of these supermassive black hole systems are very poorly understood," says the study's first author, Matthew Graham, a senior computational scientist at Caltech. "The discovery of a system that seems to be at this late stage of its evolution means we now have an observational handle on what is going on."
Djorgovski and his team discovered the unusual light signal emanating from quasar PG 1302-102 after analyzing results from the Catalina Real-Time Transient Survey (CRTS), which uses three ground telescopes in the United States and Australia to continuously monitor some 500 million celestial light sources strewn across about 80 percent of the night sky. "There has never been a data set on quasar variability that approaches this scope before," says Djorgovski, who directs the CRTS. "In the past, scientists who study the variability of quasars might only be able to follow some tens, or at most hundreds, of objects with a limited number of measurements. In this case, we looked at a quarter million quasars and were able to gather a few hundred data points for each one."
"Until now, the only known examples of supermassive black holes on their way to a merger have been separated by tens or hundreds of thousands of light years," says study coauthor Daniel Stern, a scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory. "At such vast distances, it would take many millions, or even billions, of years for a collision and merger to occur. In contrast, the black holes in PG 1302-102 are, at most, a few hundredths of a light year apart and could merge in about a million years or less."
Djorgovski and his team did not set out to find a black hole merger. Rather, they initially embarked on a systematic study of quasar brightness variability in the hopes of finding new clues about their physics. But after screening the data using a pattern-seeking algorithm that Graham developed, the team found 20 quasars that seemed to be emitting periodic optical signals. This was surprising, because the light curves of most quasars are chaotic&mdasha reflection of the random nature by which material from the accretion disk spirals into a black hole. "You just don't expect to see a periodic signal from a quasar," Graham says. "When you do, it stands out."
Of the 20 periodic quasars that CRTS identified, PG 1302-102 was the best example. It had a strong, clean signal that appeared to repeat every five years or so. "It has a really nice smooth up-and-down signal, similar to a sine wave, and that just hasn't been seen before in a quasar," Graham says.
The team was cautious about jumping to conclusions. "We approached it with skepticism but excitement as well," says study coauthor Eilat Glikman, an assistant professor of physics at Middlebury College in Vermont. After all, it was possible that the periodicity the scientists were seeing was just a temporary ordered blip in an otherwise chaotic signal. To help rule out this possibility, the scientists pulled in data about the quasar from previous surveys to include in their analysis. After factoring in the historical observations (the scientists had nearly 20 years' worth of data about quasar PG 1302-102), the repeating signal was, encouragingly, still there.
The team's confidence increased further after Glikman analyzed the quasar's light spectrum. The black holes that scientists believe are powering quasars do not emit light, but the gases swirling around them in the accretion disks are traveling so quickly that they become heated into glowing plasma. "When you look at the emission lines in a spectrum from an object, what you're really seeing is information about speed&mdashwhether something is moving toward you or away from you and how fast. It's the Doppler effect," Glikman says. "With quasars, you typically have one emission line, and that line is a symmetric curve. But with this quasar, it was necessary to add a second emission line with a slightly different speed than the first one in order to fit the data. That suggests something else, such as a second black hole, is perturbing this system."
Avi Loeb, who chairs the astronomy department at Harvard University, agreed with the team's assessment that a "tight" supermassive black hole binary is the most likely explanation for the periodic signal they are seeing. "The evidence suggests that the emission originates from a very compact region around the black hole and that the speed of the emitting material in that region is at least a tenth of the speed of light," says Loeb, who did not participate in the research. "A secondary black hole would be the simplest way to induce a periodic variation in the emission from that region, because a less dense object, such as a star cluster, would be disrupted by the strong gravity of the primary black hole."
In addition to providing an unprecedented glimpse into the final stages of a black hole merger, the discovery is also a testament to the power of "big data" science, where the challenge lies not only in collecting high-quality information but also devising ways to mine it for useful information. "We're basically moving from having a few pictures of the whole sky or repeated observations of tiny patches of the sky to having a movie of the entire sky all the time," says Sterl Phinney, a professor of theoretical physics at Caltech, who was also not involved in the study. "Many of the objects in the movie will not be doing anything very exciting, but there will also be a lot of interesting ones that we missed before."
It is still unclear what physical mechanism is responsible for the quasar's repeating light signal. One possibility, Graham says, is that the quasar is funneling material from its accretion disk into luminous twin plasma jets that are rotating like beams from a lighthouse. "If the glowing jets are sweeping around in a regular fashion, then we would only see them when they're pointed directly at us. The end result is a regularly repeating signal," Graham says.
Another possibility is that the accretion disk that encircles both black holes is distorted. "If one region is thicker than the rest, then as the warped section travels around the accretion disk, it could be blocking light from the quasar at regular intervals. This would explain the periodicity of the signal that we're seeing," Graham says. Yet another possibility is that something is happening to the accretion disk that is causing it to dump material onto the black holes in a regular fashion, resulting in periodic bursts of energy.
"Even though there are a number of viable physical mechanisms behind the periodicity we're seeing&mdasheither the precessing jet, warped accretion disk or periodic dumping&mdashthese are all still fundamentally caused by a close binary system," Graham says.
Along with Djorgovski, Graham, Stern, and Glikman, additional authors on the paper, "A possible close supermassive black hole binary in a quasar with optical periodicity," include Andrew Drake, a computational scientist and co-principal investigator of the CRTS sky survey at Caltech Ashish Mahabal, a staff scientist in computational astronomy at Caltech Ciro Donalek, a computational staff scientist at Caltech Steve Larson, a senior staff scientist at the University of Arizona and Eric Christensen, an associate staff scientist at the University of Arizona. Funding for the study was provided by the National Science Foundation.
'Trainwreck' Crash of 3 Monster Black Holes Would Warp Their Host Galaxies
Take three of the most massive objects in the universe, smoosh them and their surrounding galaxies together, and the fireworks are sure to be astounding — and maybe, someday, scientists will see the collision.
That day hasn't come quite yet. But now, astronomers have come close, spotting what may be the run-up to such a massive merger: Three galaxies, each likely hiding a supermassive black hole at their heart, are all on a collision course that could help scientists understand why the universe looks the way it does.
"Because these systems are so rare, we don't actually know very much about them as a population, which is why it's important to find more of them," Ryan Pfeifle, lead author of new research describing the finding and a doctoral student in astronomy at George Mason University, told Space.com. "If we can find more we can study them as a population and say, 'OK, in general this is what these systems tend to behave like.'"
Merging black holes may sound like old news, but this event is nothing like the collisions that scientists have "heard" through gravitational waves in only the past few years. These signals are produced by collisions of black holes that may each be at most a couple of dozen times the mass of our sun, like two droplets effortlessly merging on a rain jacket.
Each of the supermassive black holes involved in the new research contains the mass of hundreds of millions of suns and is surrounded by entire galaxies of stars and planets and moons. Their collision would be like two raging rivers breaking through a dam and reshaping the landscape with floods. Such an event would create gravitational waves, but of such incredible length that modern detectors simply can't sense them.
But it's these sorts of interactions that astronomers believe are crucial for making the universe into what it looks like today, studded with mysterious supermassive black holes. "No one really knows how they can get so massive pretty early in the history of the universe," Shobita Satyapal, Pfeifle's advisor and co-author and an astrophysicist at George Mason University, told Space.com. "One of the most compelling mechanisms where they can grow rapidly is through these galaxy mergers."
So, the researchers wanted to try to spot such a merger before it happened. Volunteer data analysts had flagged a collection of targets based on measurements of infrared light as potential locations where two mature galaxies were colliding.
"We decided to look for feeding black holes using techniques that had never been used before, techniques that were sensitive to obscuration," Satyapal said. "It's sort of a new approach to look for these feeding black holes using tools that haven't traditionally been used in these late-stage interactions."
The team behind the new research gathered additional observations of these places using NASA's Chandra X-ray Observatory. The scientists hoped that the additional data would reveal a supermassive black hole feasting on matter and spitting out X-rays at the heart of each galaxy in these merging pairs. Keying into X-rays is important, since these objects are swathed in clouds of dust and gas that block other types of light.
But one pair, it turned out, was no such thing — hence the new research. The targeted system is formally known as SDSS J084905.51+111447.2, but let's definitely not call it that. The shortened version of its name is SDSS J0849+1114 let's not call it that, either. Can we just nickname it the Triple? Thanks so much.
Anyway, Pfeifle joined the project to analyze the Chandra observations of the Triple and other potential mergers. The first time he looked through the Triple data, it looked just as promising as the other potential duos. It was only when he revisited the data that he realized something was different.
"When I had just looked at the X-ray image, I hadn't actually realized that they were three X-ray sources just because I was a naive young graduate student," Pfeifle said. But then he added optical data about the area as well. "When I lined it up, suddenly things clicked and I said, 'Oh, wait a second, that's something fishy going on there.'" The result was a two-year obsession to determine whether there really were three merging supermassive black hole galaxies.
(The Triple has caught other researchers' eyes as well. A separate team of scientists have also concluded that the Triple is likely three colliding supermassive black hole galaxies, based on some overlapping and some unique data. Those researchers posted their analysis to the pre-print server arXiv.org in July, and declined an interview with Space.com at the time because it was under peer review for publication. "They arrived at a similar conclusion," Satyapal said, who added that their team began writing up their results in February. "It's nice to see that there's corroboration.")
The Pfeifle and Satyapal's research posits that the Triple is three galaxies perhaps colliding — although they could simply graze each other, not close enough to sink into a final spiral. If it is a true merger, the scientists can't be sure quite how far along the massive collision might be, although from start to finish such a merger likely takes about a million years.
Right now, the galaxies are between 11,000 and 23,800 light-years apart from each other. One of the trio definitely hides a feeding supermassive black hole at its center the other two seem to as well, but do not show the same telltale signal as the first, the researchers said.
Counterintuitively, systems like the Triple may be more informative than the pairs that the team were actually hunting. Two-part mergers can crawl along, taking longer than the universe's lifespan to join, but the presence of a third galaxy seems likely to nudge the collision along, judging by simulations scientists have run of such events.
Those simulations also suggest what could become of the Triple if its galaxies do someday collide. "There would still be a galaxy, sort of this trainwreck initially," Satyapal said. The dynamics of a collision can warp individual galaxies that may have begun, say, as delicately structured swirls of stars like our own Milky Way, into something beyond recognition.
"We think that these mergers, they don't just grow the black hole, but they actually transform a disk galaxy into a giant elliptical galaxies," Satyapal said. "You just have a big ball of stars with an enormous black hole."