Was Passiert, Wenn Zwei Schwarze Löcher Kollidieren?

Abbildung: Angelica Alzona (Gizmodo)

Die Giz AsksIn dieses Gizmodo-Serie, stellen wir Fragen über alles von Raum zu kippen und erhalten Sie Antworten von einer Vielzahl von Experten.

September 14, 2015, Signale von einem der das Universum die meisten irrsinnig, mächtig Ereignisse produziert das kleinste signal in ein paar von Detektoren, die man in Louisiana und eine im Staat Washington. Sie hatten bereits festgestellt, zwei-wild-Objekte, schwarze Löcher, knallte in einen anderen.

Du bist wahrscheinlich vertraut mit schwarze Löcher als kosmische Staubsauger, aber Sie sind ein bisschen komplizierter als das. Ein Kern-take-away von Einstien ‘ s Theorie der Schwerkraft, die schwer genug ist, die Dinge tatsächlich ändern die Form der Raum um Sie herum, und die Schwerkraft ist, wie wir erleben dies verziehen. Schwarze Löcher sind Regionen der Raum so klein und massig, Sie tragen einen point-of-no-return, ein “event horizon” jenseits der Raum ist so verzogen, dass jeder Pfad, der nichts konnte die Reise führt in das schwarze Loch der Mitte. Nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann.

Also, wenn zwei dieser Objekte kollidieren, können Sie sich vorstellen, dass etwas phänomenales geschieht, und in der Tat haben die Wissenschaftler gemessen, das Ergebnis mehrmals mit dem Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorien, oder LIGO, ebenso wie der Virgo-Detektor. Für diese Woche Giz Fragt, fragten wir Wissenschaftler, die uns die nitty-gritty.

Imre Bartos

Physiker und Assistenzprofessor an der Universität von Florida, Mitglied der LIGO Wissenschaftlichen Zusammenarbeit

Wenn die schwarzen Löcher nah beieinander, verschmelzen Sie zu einem größeren schwarzen Loch. Das neue schwarze Loch hat einen radius von in etwa der Summe der beiden ursprünglichen schwarzen Lochs Radien, das neue schwarze Loch umfassen ein viel größeres Volumen. Die fusion ist so etwas wie das, was zwei Wassertröpfchen in den Raum, wenn Sie in die Nähe kommen.

Auch wichtig ist, die schwarzen Löcher emittieren riesige Mengen an Gravitationswellen, wie Sie in der Nähe auf einander. Dies kann wiederum ein paar Prozent Ihrer Masse in Reine Energie strahlte Weg als Gravitationswellen.

Wir haben festgestellt, die Kollision von zwei schwarzen Löchern, für die erste mal vor nicht allzu langer Zeit, im Jahr 2015, nach dem Bau des Advanced LIGO Gravitationswellen-Observatorien. Mit weiteren technologischen Verbesserungen, gehen wir von diesem ersten Nachweis einer Entdeckung, die jede Woche in den nächsten Jahren. Während wir beobachten diese Kollisionen, die wir noch nicht wissen, was kosmische Prozess bringt die schwarzen Löcher einander nah, so dass Sie miteinander kollidieren können. Beobachten diese Kollisionen können auch helfen uns bei der Beantwortung einer Reihe offener Fragen, wie schwarze Löcher funktionieren als kosmische Teilchenbeschleuniger, oder ob Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist die richtige Beschreibung der Natur. Black-hole-Kollisionen können auch uns helfen, besser zu zuordnen, wie das Universum expandiert.

Sabine Hossenfelder

Theoretische Physiker am Frankfurt Institute for Advanced Studies in Deutschland, Autor, und blogger recherchieren quantum gravity

Die bemerkenswerteste Sache über schwarze Löcher ist, dass Sie nicht von untergeordneter Bedeutung sind.
Sie sind die Reine Raum-Zeit-Verformungen, definiert durch die event horizon, die
Grenzen der region, aus der nichts entweichen kann.

Im einfachsten Fall, den Horizont der ein Schwarzes Loch ist kugelförmig. Wenn zwei schwarze Löcher zu nahe kommen, diese Bereiche verschmelzen miteinander und bilden einen größeren Bereich. Nach der Fusion, die Sphäre wird wackeln für einige Zeit, bis es zur Ruhe kommt, dem sogenannten “ringdown.” Sowohl die Fusion und die ringdown erzeugen Gravitationswellen. Das Gravitationswellen-signal enthält nicht nur Informationen über die schwarzen Löcher, die fusioniert haben, es erlaubt uns auch, um zu testen, ob wir richtig verstehen, wie Raum-Zeit-Kurven in solch extremen Umständen. Für alles, was wir derzeit wissen, ist Einstein brachte es auf den Punkt.

Diese Computersimulation zeigt die Kollision zweier schwarzer Löcher, erzeugt Gravitationswellen.Bild: SXS (NASA)

Oliver Jennrich

Fundamental physics mission Wissenschaftler bei der European Space Agency, die arbeiten auf der kommenden Laser Interferometer Space Antenna Gravitationswellen-experiment.

[Schwarze Löcher] Strahlen Gravitationswellen und verschmelzen zu einem größeren schwarzen Loch. Aber das ist nicht das Ende der Geschichte. Die Geschichte beginnt in der Regel mit zwei Sterne umkreisen einander, ähnlich wie die Erde um die Sonne dreht. Wenn die richtigen Bedingungen erfüllt sind, die zwei Sterne werden zu schwarzen Löchern, wenn Ihr Brennstoff wird schließlich ausgegeben und die restlichen Materie kollabiert in zwei schwarze Löcher. Die beiden schwarzen Löcher halten, umkreisen einander und zu Ihnen zu stoßen, Abstand muss kleiner werden. In anderen Worten: Sie brauchen, um Energie zu verlieren. Für schwarze Löcher, die im wesentlichen der einzige Weg, dies zu tun ist durch das abstrahlen von Gravitationswellen. So, revolution und die revolution, das system zweier schwarzer Löcher emittiert Gravitationswellen und Ihr orbit schrumpft. Je näher Sie bekommen, desto effizienter wird die emission von Gravitationswellen, d.h. der orbit schrumpft schneller und schneller, während die Menge von Gravitationswellen wird größer und größer. Dies wird als der inspiral phase.

Irgendwann werden die zwei schwarzen Löcher sind so nahe beieinander, dass Ihre gegenseitige Anziehungskraft zu verformen beginnt Sie, das bringt Sie noch näher heran, bis die beiden schwarzen Löcher verschmelzen Erdnuss-förmigen Objekt. Viel wie eine sehr längliche Seifenblase, diese Erdnuss-förmigen schwarzen Loch, wackelt und schwingt und schließlich gewinnt eine sphärische Form. Dies ist die post-merger-oder ring-down-phase, in der die neue “wackeln” Schwarzes Loch strahlt sehr charakteristische Gravitationswellen als gut.

Die frisch gebildeten Rücken-Loch-Masse ist in der Regel ein paar Prozent kleiner als die Summe der Massen der beiden ursprünglichen schwarzen Löcher—der ganze rest verstrahlt, Weg von Gravitationswellen, die meisten davon während der merger-phase. Als die ersten Massen der schwarzen Löcher kann riesig sein (Millionen mal die Masse unserer Sonne), sogar ein paar Prozent, die Masse stellt eine sehr große Menge an Energie. In der Tat, der Verschmelzung von zwei schwarzen Löchern ist das stärkste Ereignis im Universum, die Freigabe mehr Strom als der rest des Universums kombiniert. [Ed Hinweis: “Power” bedeutet hier, dass die rate, mit der Energie freigesetzt wird.] Jedoch, die Auswirkungen der titanic Betrag der Energie sind sehr klein—die Gravitationswellen, die von solchen Veranstaltungen würde sich ändern, der Abstand zwischen der Sonne und der Erde durch die Menge der Durchmesser eines Wasserstoff-atoms.

Erdgebundenen Gravitationswellen-Detektoren wie der kilometergroße LIGO-und Virgo-Detektoren in der Lage sind, mess-Signale, die emittiert werden von verschmelzende schwarze Loch, dass so viel wie 30 mal die Masse der Sonne. In der letzten phase des inspiral, die schwarzen Löcher bewegen sich mit über 60 Prozent der Lichtgeschwindigkeit und die daraus resultierenden Gravitationswellen liegen im Bereich von 100-300 Hz. Beobachten viel schwereren schwarzen Löchern, Beobachtungen bei niedrigeren Frequenzen benötigt werden. Auf der Erde, diese Signale werden mit Hilfe von Geräuschen, die durch Erdbeben, Wetter und Menschen. Aus diesem Grund, LISA, ESA – -led-mission, wird der Nachweis von Gravitationswellen aus dem Weltall, mit drei Raumschiff auf 2 Millionen Kilometer auseinander, um zu registrieren, Gravitationswellen im Frequenzbereich von 30 mHz bis 0,1 Hz.

Jillian Bellovary

Theoretische Astrophysiker und assistant Professor am Queensborough Community College

Wenn zwei schwarze Löcher kollidieren, machen Sie zu einem größeren schwarzen Loch. Aber die Masse der größeren schwarzen Loch ist NICHT die Summe der Massen der beiden kleineren. Es ist ein bisschen weniger, weil ein Teil Ihrer Masse in Energie umgewandelt und abgestrahlt Weg in Gravitationswellen. Wir wissen, dass dies wahr ist, denn wir haben erkannt, diese Wellen im Raum-Zeit Gefüge mit der LIGO-Detektor.

Etwas, was wir auch denken, ist wahr (aber haben wir nicht beobachtet noch) ist, dass nach der Fusion die neue große schwarze Loch bekommt einen “kick” in der Geschwindigkeit, und zoomt in eine (scheinbar zufällige) Richtung. Die Höhe der kick und die Richtung hängt von den Eigenschaften des binary black-hole-system, bevor es zusammengeführt.

Teil meiner Forschung auf der Suche nach massereichen schwarzen Löchern in Galaxien hängt davon ab, wie effizient dieser kick ist; wenn das schwarze Loch gekickt wird aus der Galaxie (oder auch einfach nur, trat aus dem center, so dass Sie Wandern, um in den Außenbezirken), es ist viel schwieriger zu finden, aber ich versuche zu denken, Möglichkeiten zu suchen, diese wandernde schwarze Löcher.

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