…και τον Άλμπερτ Αϊνστάιν
Οι κυματισμοί του χωροχρόνου εξαιτίας της συγχώνευσης δύο μαύρων τρυπών στο σύμπαν επιβεβαίωσαν παράξενες πτυχές της φυσικής των μαύρων τρυπών
Αναδημοσίευση από το physicsgg
Πριν από 1,3-1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν στη Γη ζούσαν μόνο μικροοργανισμοί, σε ένα απόμακρο σημείο του σύμπαντος δύο μαύρες τρύπες που κινούνταν σπειροειδώς η μία γύρω από την άλλη, τελικά συγχωνεύθηκαν σε μια μεγάλη μαύρη τρύπα, προκαλώντας κυματισμούς στον χωροχρόνο.
Αυτοί οι κυματισμοί που ονομάζονται βαρυτικά κύματα, αφού διάνυσαν απόσταση 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός, έφτασαν στη Γη τον Ιανουάριο του 2025 και καταγράφηκαν από το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων LIGO. Ήταν οι ακριβέστερες μετρήσεις βαρυτικών κυμάτων που έγιναν μέχρι σήμερα.
Αυτές οι μετρήσεις επιβεβαίωσαν ένα θεώρημα 54 ετών που διατύπωσε ο Στίβεν Χόκινγκ σχετικά με το πώς οι μαύρες τρύπες αναπτύσσονται όταν αυξάνεται η μάζα τους. Τα κύματα επιβεβαίωσαν επίσης μια παράξενη ιδιότητα των μαύρων τρυπών, γνωστή ως θεώρημα «χωρίς τρίχες».
Οι επιστήμονες ανακοίνωσαν τα ευρήματά τους σε εργασία που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters με τίτλο: «GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes».
Οι μαύρες τρύπες που συμμετείχαν στην σύγκρουση είχαν περίπου 33 και 32 φορές τη μάζα του Ήλιου, αντίστοιχα. Καθώς πλησίαζαν η μία προς την άλλη, για να συγχωνευθούν τελικά, τα προκύπτοντα βαρυτικά κύματα εξαπλώθηκαν στο σύμπαν προς όλες τις κατευθύνσεις. Το κλάσμα που έφτασε στους ανιχνευτές του LIGO ήταν ένα σήμα που οι ερευνητές ονόμασαν GW250114.
Η μελέτη των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών αυτού του σήματος τους επέτρεψε να προσδιορίσουν τα αρχικά μεγέθη των μαύρων τρυπών, καθώς και το γεγονός ότι η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που προέκυψε ήταν περίπου 62 φορές βαρύτερη από τον Ήλιο.
Τα κύματα αποκάλυψαν επίσης ότι οι αρχικές μαύρες τρύπες είχαν συνολική επιφάνεια περίπου 240.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων (περίπου η έκταση της πολιτείας του Όρεγκον), ενώ η τελική μαύρη τρύπα είχε έκταση περίπου 400.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα (περίπου η έκταση της Καλιφόρνια).
Αυτές οι μετρήσεις επιβεβαιώνουν μια πρόβλεψη που έκανε ο Χόκινγκ το 1971 σχετικά με τους ορίζοντες γεγονότων των μαύρων τρυπών – τα όρια πέρα από τα οποία τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική τους έλξη.
Σύμφωνα με τον David Reitze, o ορίζοντας γεγονότων μιάς μαύρης τρύπας είναι κατά κάποιο τρόπο ένα μέτρο της εντροπίας της – το μέτρο της αταξίας της. Και οι νόμοι της θερμοδυναμικής λένε ότι η εντροπία μπορεί μόνο να αυξηθεί, ποτέ να μειωθεί. Υπάρχει μια βαθιά σύνδεση μεταξύ των μαύρων τρυπών και της θερμοδυναμικής.
Το θεώρημα βασικά λέει ότι αν έχετε δύο μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, η συνολική επιφάνεια της τελικής μαύρης τρύπας πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση, αλλά πιθανώς μεγαλύτερη, από το άθροισμα των αρχικών επιφανειών.
Τώρα, για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν ακριβείς μετρήσεις που το αποδεικνύουν.
Εκτός από το όνομά τους οι μαύρες τρύπες οφείλουν στον John Wheeler και το ρητό που λέει: ότι «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν τρίχες!», (για την ακρίβεια η εικασία no-hair διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τους John Wheeler και Remo Ruffini τo 1971 στο Physics Today).
Αυτό που ήθελε να πει o Wheeler με το ότι «δεν έχουν τρίχες» ήταν ότι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν κάποια παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά, όπως εξογκώματα, ανομοιομορφίες κ.λπ.
Όταν μια μαύρη τρύπα σχηματίζεται από την κατάρρευση ενός άστρου, ο ορίζοντας καταλήγει σε ένα τέλειο σφαιρικό σχήμα χωρίς κανένα χαρακτηριστικό. Οι μαύρες τρύπες χαρακτηρίζονται από την μάζα, την στροφορμή και το ηλεκτρικό φορτίο τους.
Οι παρατηρήσεις επιβεβαιώνουν επίσης μια διάσημη ιδέα για τις μαύρες τρύπες που ονομάζεται θεώρημα «χωρίς τρίχες». Αυτή η πρόβλεψη μας λέει ότι οι μαύρες τρύπες είναι θεμελιωδώς απλά αντικείμενα χωρίς «μπιχλιμπίδια» . Μπορούν να περιγραφούν μόνο με δύο αριθμούς: την μάζα και το σπιν τους.
Όλες οι μαύρες τρύπες με την ίδια μάζα και ίδιο σπιν πρέπει να είναι εντελώς πανομοιότυπες. Το σύνολο των πληροφοριών σχετικά με το τι έπεσε στη μαύρη τρύπα – οι «τρίχες» – χάνονται πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων.
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
«Επειδή μπορούν να περιγραφούν μόνο με δύο αριθμούς, αυτό σημαίνει ότι όλα όσα μπορείτε να μετρήσετε γι’ αυτές πρέπει να περιγράφονται από αυτούς τους δύο αριθμούς», λέει η Κατερίνα Χατζηιωάννου, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και συν-συγγραφέας της νέας δημοσίευσης. «Αυτό το σήμα μας επέτρεψε, για πρώτη φορά, να μετρήσουμε κάτι που μπορεί να περιγραφεί από αυτούς τους αριθμούς».
Το σήμα του βαρυτικού κύματος έδειξε ότι το αντικείμενο που απομένει μετά τη σύγκρουση ταιριάζει ακριβώς σε μια θεωρητική κατασκευή γνωστή ως μετρική Kerr, η οποία περιγράφει μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα στο πλαίσιο της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Σύμφωνα με τους θεωρητικούς φυσικούς, «αν βρίσκαμε κάποια ένδειξη παραβίασης είτε του θεωρήματος εμβαδού είτε της λύσης Kerr, τότε μία ή και οι δύο υποθέσεις θα έπρεπε να αλλάξουν. Με άλλα λόγια, είτε η γενική σχετικότητα θα έπρεπε να τροποποιηθεί, είτε τα αντικείμενα που μελετήθηκαν δεν ήταν μαύρες τρύπες».
διαβάστε περισσότερα:
1. New Black Hole Measurements Show More Ways Stephen Hawking and Albert Einstein Were Right – https://www.scientificamerican.com/article/best-yet-measurement-of-merging-black-holes-confirms-einstein-hawking-and/
2. Landmark Black Hole Test Marks Decade of Gravitational-Wave Discoveries – https://physics.aps.org/articles/v18/160