Teori lubang hitam Stephen Hawking yang sudah lama diperebutkan akhirnya dikonfirmasi-ketika para ilmuwan 'mendengar' 2 horizon peristiwa bergabung menjadi satu
Para ilmuwan telah menggunakan detektor gelombang gravitasi untuk “mendengar” dua lubang hitam Menjadi lebih besar saat mereka bergabung menjadi satu entitas raksasa.
Deteksi, dibuat oleh Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser (LIGO) Pada 14 Januari, memberikan bukti terbaik untuk teori yang diajukan oleh fisikawan terkenal Stephen Hawking lebih dari setengah abad yang lalu, tetapi yang tidak pernah terbukti dalam hidupnya.
Sebuah studi berdasarkan penelitian itu diterbitkan Rabu (10 September) dalam jurnal Fisik Review Letters dan dipimpin oleh Adrian G. Abacseorang mahasiswa doktoral di Max Planck Institute for Gravitational Physics di Potsdam, Jerman.
The Rippling Cosmos
Ligo mendeteksi gelombang gravitasi-riak dalam jalinan ruang-waktu yang dirilis selama peristiwa paling ekstrem dalam kosmos, seperti tabrakan lubang hitam atau bintang neutron (sisa-sisa bintang raksasa). Dia Deteksi langsung pertama dari gelombang gravitasidibuat hampir tepat 10 tahun yang lalu pada 14 September 2015, mengkonfirmasi prediksi Albert Einstein tentang relativitas umum oleh Mengamati dua lubang hitam menggabungkan.
Sekarang dengan pengalaman satu dekade di bawah ikat pinggang mereka, kolaborator LIGO telah membuat banyak perbaikan pada detektor – sehingga merger lubang hitam sekarang terlihat sekali setiap tiga hari, bukan sebulan sekali, menurut a penyataan dari Caltech, yang bersama -sama mengoperasikan LIGO bersama dengan MIT.
Selama acara yang terdeteksi 14 Januari, Ligo menyaksikan dua lubang hitam Penggabungan, dengan lubang hitam yang dihasilkan berukuran jauh lebih besar dari dua objek yang masuk ke dalam tabrakan.
Sebelum merger, luas permukaan gabungan dari dua lubang hitam adalah sekitar 93.700 mil persegi (243.000 kilometer persegi) – kira -kira seukuran Oregon. Setelah merger, sebaliknya, lubang hitam yang baru terbentuk dan tunggal memiliki luas permukaan sekitar 154.500 mil persegi (400.000 km persegi) – seukuran California. Dengan kata lain, lubang hitam yang baru digabungkan lebih besar dari jumlah bagian -bagiannya.
Deteksi lubang hitam yang tumbuh mengkonfirmasi prediksi yang diajukan Hawking pada tahun 1971: bahwa “Event Horizon – Batas luar “dari lubang hitam di luar mana tidak ada yang bisa melarikan diri – tidak akan pernah bisa berkurang dalam ukuran, para peneliti di Universitas Columbia, yang merupakan bagian dari kolaborasi LIGO, mengatakan dalam yang terpisah penyataan.
“Meskipun ini adalah pernyataan yang sangat sederhana, 'area hanya dapat meningkat,' ia memiliki implikasi yang sangat besar,” rekan penulis studi Maximiliano ISIAsisten Profesor di Universitas Columbia dan Ilmuwan Penelitian Associate di Flatiron Institute mengatakan dalam a penyataan dari American Physical Society (APS). Teorema Hawking dikenal sebagai hukum kedua mekanika lubang hitam dan mirip dengan hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi (gangguan) hanya dapat meningkat dari waktu ke waktu.
Teori ini sekarang memiliki para ilmuwan yang memperlakukan lubang hitam sebagai “objek termodinamika”, APS melanjutkan dalam pernyataan, “pergeseran paradigma disemen oleh penemuan Hawking bahwa mereka memiliki entropi, dan memancarkan radiasi karena efek kuantum di dekat horizon peristiwa.”
“Ini memberitahu kita itu Relativitas Umum Tahu sesuatu tentang sifat kuantum dari objek -objek ini dan bahwa informasi, atau entropi, yang terkandung dalam lubang hitam sebanding dengan luasnya, “tambah ISI.
'Berdering' seperti bel
Ini bukan pertama kalinya Ligo menguji teori Hawking; Pengamatan 2021 secara tentatif mengkonfirmasi prediksinya. Hasil baru, bagaimanapun, “mengkonfirmasi hasil sebelumnya dengan presisi yang jauh lebih tinggi,” tambah pejabat Columbia.
Studi ini mencapai ketepatan ini dengan memeriksa nada dan durasi gelombang gravitasi yang dipancarkan saat lubang hitam bergabung. Para peneliti dapat membuat kesimpulan tentang lubang hitam melalui ombaknya karena ukuran dan bentuk lubang hitam memengaruhi gelombang ini, dengan cara yang sama seperti ukuran dan bentuk alat musik memengaruhi suara yang dibuatnya.
Peristiwa yang baru terdeteksi, yang dikenal sebagai GW250114, menghasilkan “dering” dalam ruang-waktu ketika lubang hitam baru tenang setelah merger.
“Ringdown adalah apa yang terjadi ketika lubang hitam terganggu, seperti halnya lonceng berdering saat Anda menyerangnya,” kata rekan penulis studi Katerina Chatziioannouseorang asisten profesor fisika di Caltech, mengatakan dalam pernyataan APS.
“Ringdown” memungkinkan para peneliti untuk mengkonfirmasi bahwa lubang hitam yang tersisa memiliki area permukaan yang lebih besar daripada dua lubang hitam yang digabungkan untuk membentuknya.
Temuan ini juga membuktikan teori lain yang dijelaskan oleh ahli matematika Roy Kerr sekitar enam dekade lalu. Disebut metrik Kerr, teori ini menjelaskan bagaimana persamaan lapangan Einstein untuk relativitas umum bekerja dalam lubang hitam yang berputar. Dengan kata lain, “dua lubang hitam dengan massa yang sama dan putaran secara matematis identik,” kata ISI. “Ini sangat unik untuk lubang hitam.”
LIGO saat ini mencakup dua detektor-satu di Hanford, Washington, dan satu di Livingston, Louisiana-dan interferometer kembar umumnya bekerja dengan Virgo di Eropa dan kolaborasi detektor gelombang gravitasi Kamioka sebagai bagian dari kolaborasi Ligo-Virgo-Kagra (LVK).
Ketika para peneliti terus menyempurnakan detektor kembar Ligo, setidaknya satu detektor lainnya direncanakan. Saat ligo-India Datang online pada tahun 2030 atau lebihitu akan “sangat meningkatkan ketepatan dengan mana jaringan LVK dapat melokalisasi sumber gelombang gravitasi,” kata perwakilan Caltech. Lebih banyak detektor bisa datang nanti, karena tim berusaha untuk “mendengar penggabungan lubang hitam paling awal di alam semesta,” tambah pernyataan itu.
Cosmic Explorer, konsep interferometer yang lebih besar di AS, akan memiliki detektor dengan “lengan” 10 kali lipat panjang observatorium ligo saat ini (masing -masing Panjang 2,5 mil (4 km)mengandung laser di dalam tabung vakum baja). Eropa juga memiliki proyek yang diusulkan yang disebut Einstein Telescope, yang akan memiliki satu atau dua detektor bawah tanah dengan lengan lebih dari 6 mil (10 km).
