Physiker erleben derzeit ein goldenes Zeitalter neuen Wissens über Schwarze Löcher. Seit 2015 können Forscher damit Signale direkt von Schwarzen Löchern empfangen Gravitationswellen-Observatorium mit Laser-Interferometer (LIGO), während Observatorien wie z das Event-Horizon-Teleskop (EHT), erhalten Sie die ersten Bilder Schatten eines Schwarzen Lochs. Dieses Jahr war keine Ausnahme, mit einer frischen Ernte aufregender und einzigartiger Ergebnisse, die den Horizont unseres Wissens über Schwarze Löcher erweitern. Hier werfen wir einen Blick auf einige der beeindruckendsten Entdeckungen des Jahres 2020.
Wie um zu bestätigen, dass 2020 das Jahr der Schwarzlochforschung war, ist dies die wichtigste Errungenschaft der Wissenschaft Nobelpreis - wurde im Oktober an drei Physiker verliehen, deren Arbeiten Aufschluss über das Leben dieser mysteriösen Weltraumobjekte geben.
Roger Penrose von der University of Oxford im Vereinigten Königreich erhielt die Hälfte des Preises „für die Entdeckung, dass die Entstehung von Schwarzen Löchern eine robuste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist“, während Andrea Guez von der University of California, Los Angeles und Reinhard Hänsel von der Universität Bonn und das Institut für extraterrestrische Physik Max Planck in Deutschland teilten sich die andere Hälfte „für die Entdeckung eines supermassiven kompakten Objekts im Zentrum unserer Galaxie“, sagte die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in einer Erklärung. Andrea Guez ist nach Marie Curie 1903, Maria Heppert-Mayer 1963 und Donna Strickland 2018 erst die vierte Frau, die den Nobelpreis für Physik erhält.
LIGO und sein europäisches Gegenstück Jungfrau beobachten Schwarze Löcher durch Gravitationswellen im Gewebe der Raumzeit, die entstehen, wenn massive Objekte schwingen.
In den Anlagen wurden bereits mehrere beeindruckende Entdeckungen gemacht. Aber im Mai gab die Kollaboration bekannt, dass sie die größte Kollision mit einem Schwarzen Loch in der Geschichte entdeckt hatte. Einer von ihnen ist 85-mal größer als die Masse der Sonne und der andere 66-mal größer als die Masse der Sonne.Wenn sie zusammenstoßen, bilden sie ein Schwarzes Loch, dessen Masse die Masse der Sonne um ein Vielfaches übersteigt 142 mal. Der Fund stellte nicht nur Rekorde auf, sondern war auch der erste in der sogenannten „verbotenen“ Zone von Schwarzen Löchern mittlerer Masse. Obwohl Astronomen kleine Schwarze Löcher von der Größe unserer Sonne gesehen haben und wissen, dass es in den Zentren von Galaxien kolossale mit Millionen Sonnenmassen gibt, hat niemand bisher Hinweise auf Schwarze Löcher in diesem mittleren Bereich gefunden. Wie genau sie entstanden sind, bleibt ein Rätsel, das Wissenschaftler derzeit zu lösen versuchen.
Kurz danach Urknall Das Universum war von heißer und turbulenter Strahlung durchdrungen. In einigen Regionen war die Energie dicht genug, um theoretisch in sich zusammenzubrechen und ein Schwarzes Loch zu bilden.
Obwohl die Physiker noch nicht wissen, ob es diese gibt Urzeitliche Schwarze Löcher (PCD) haben sie in letzter Zeit darüber nachgedacht, was passieren könnte, wenn sie existieren würden. Mehrere Arbeiten, darunter eine im November veröffentlichte, haben vorgeschlagen, dass diese Schwarzen Löcher, von denen einige kleiner sein werden als die aus sterbenden Sternen gebildeten, möglicherweise Dunkle Materie darstellen könnten, eine unbekannte Substanz, die einen gravitativen Einfluss auf das gesamte Universum ausübt. In den kommenden Jahren werden Experimente zur Suche nach PCD durchgeführt, die ihre Existenz entweder bestätigen oder leugnen werden.
Was wäre, wenn Sie die unglaublich massiven Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien nehmen und sie um den Faktor 11 vergrößern würden? Das schlugen die Forscher in einem September-Papier vor, in dem sie die Möglichkeit „unglaublich großer Schwarzer Löcher“ diskutierten (Platten).
Diese Objekte werden mindestens 1 Billion Sonnenmasse wiegen, 10 Mal mehr als das größte derzeit bekannte Schwarze Loch, das Monster mit 66 Milliarden Sonnenmassen TONNE 618. Einige der SLABs haben sich möglicherweise im frühen Universum gebildet und eine andere Klasse ursprünglicher Schwarzer Löcher geschaffen, was bedeutet, dass wir ihren Abdruck im kosmischen Mikrowellenhintergrund sehen konnten, als unser Universum nur 380 Jahre alt war. Andere könnten entdeckt werden, indem man sich ansieht, wie sie das Licht entfernter Sterne beugen, wenn sich zufällig eine SLAB zwischen uns befindet. Noch ist dieses Konzept hypothetisch, findet aber zunehmend Beachtung.
Die meisten Paare von Schwarzen Löchern, die von den LIGO- und Virgo-Instrumenten entdeckt wurden, haben ungefähr die gleiche Masse. Aber im April gab die Kollaboration bekannt, dass sie zuschaut die asymmetrischste Katastrophe.
Die Objekte, die in einer Entfernung von etwa 2,4 Milliarden Lichtjahren von uns kollidierten, hatten eine Masse von etwa dem 8- bzw. 30-fachen unserer Sonne. Ein solch unerwartetes Ereignis galt als selten genug, dass Gravitationswelleninstallationen es nach nur wenigen Jahren nicht bemerken würden. Die Entdeckung stellt diese Annahmen in Frage und veranlasst die Forscher, die Möglichkeit hierarchischer Verschmelzungen in Betracht zu ziehen, bei denen ein Schwarzes Loch mit einem anderen kollidiert und der resultierende Überrest dann mit einem anderen Schwarzen Loch verschmilzt.
Wenn sich ein massives Objekt in einer bestimmten Entfernung einem Schwarzen Loch nähert, können die dort herrschenden extremen Gravitationskräfte das Objekt in lange Materialstränge zerreißen, die überall zerstreut werden.
Dieser Vorgang, umgangssprachlich genannt Spaghettifizierung, wurde selten beobachtet, da die meisten Schwarzen Löcher von einer verdunkelten Wolke aus Gas und Staub umgeben sind. Aber im Oktober gelang es Astronomen der Europäischen Südsternwarte, ein Foto zu machen Spaghettifizierung des Sterns in beispielloser Detailtreue sowohl mit dem Very Large Telescope als auch mit dem New Technology Telescope. Dieses Ereignis, bekannt als BEI 2019qiz, wird Forschern einen Einblick in solche Phänomene geben und ihnen helfen, die Schwerkraft unter extremen Bedingungen besser zu verstehen.
Niemand will einem Schwarzen Loch zu nahe kommen. Glücklicherweise wurde der kosmische Pac-Man im Mai gesichtet, als er ein Paar Begleitsterne umkreiste, die als bekannt sind HF 6819, befindet sich in astronomisch sicherer Entfernung von seinen Partnern.
Das neue Schwarze Loch lauert 1000 Lichtjahre von der Erde entfernt im südlichen Sternbild Telescopium, dreimal näher als der vorherige Rekordhalter. Astronomen können das Schwarze Loch selbst nicht direkt beobachten, konnten aber auf seine Anwesenheit schließen, basierend darauf, wie es zwei andere Objekte im System gravitativ beeinflusst. Beobachter in der südlichen Hemisphäre können die Sterne im HR 6819-System mit bloßem Auge sehen, indem sie auf eine Sternkarte schauen und in das Sternbild Telescopium blicken, nahe der Grenze zum Sternbild Pavo.
Damit sich ein Schwarzes Loch bilden kann, müssen Materie und Energie zu einem winzigen Punkt unendlicher Dichte kollabieren. Da solche Unendlichkeiten physikalisch unmöglich sein sollten, haben Theoretiker lange nach einem Weg gesucht, um solch ein seltsames Ergebnis zu umgehen.
Gemäß der Stringtheorie, die alle Teilchen und Kräfte durch subatomare, vibrierende Strings ersetzt, könnten sich Schwarze Löcher als etwas noch Seltsameres herausstellen – ein Gewirr grundlegender Strings, wie flaumiges Garn. Im Oktober zeigte eine Studie, dass, wenn die Atome in Neutronensternen, einer Art Sternüberrest, der nicht dicht genug ist, um ein Schwarzes Loch zu bilden, tatsächlich ein Bündel von Fäden wären, das Zusammenpressen dieser Fäden nicht wirklich ein Schwarzes Loch bilden würde, sondern ein flauschiges Knäuel – das wäre ähnlich wie das oben erwähnte Wollknäuel. Die seltsame Idee wurde noch nicht vollständig umgesetzt, aber sie ist eine der möglichen Alternativen zur Arbeit mit Unendlichkeit.
Laut Physikern sollte jedes Schwarze Loch von sogenannten umgeben sein Ereignishorizont - eine Grenze, durch die Sie, nachdem Sie gefallen sind, niemals herauskommen werden. Seitdem Schwarze Löcher zum ersten Mal postuliert wurden, haben Forscher jedoch in Frage gestellt, ob ein Ereignishorizont unbedingt erforderlich ist.
Kann es ohne sie ein Schwarzes Loch geben, sog "nacktes" Schwarzes Loch? Dies kann gefährlich sein, da die bekannten Gesetze der Physik innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs verletzt werden und ein nacktes Schwarzes Loch diese Barriere nicht schützen kann. Während die meisten Theoretiker glauben, dass Nacktheit für Schwarze Löcher ein No-Go ist, sagte eine Novemberzeitung, dass es eine Möglichkeit gibt, dies mit Sicherheit zu testen. Der Trick besteht darin, nach Unterschieden in den Akkretionsscheiben oder Ringen aus Gas und Staub zu suchen, die durch die Speisung des Schwarzen Lochs gebildet werden, was auf einen sichtbaren Unterschied zwischen nackten und normalen Schwarzen Löchern hinweisen kann.
Weihnachten ist dieses Jahr für Schwarzloch-Wissenschaftler früher gekommen. Im Oktober veröffentlichten die LIGO-Beobachtergemeinschaft und ihr europäisches Gegenstück Virgo einen großen neuen Katalog von Dutzende von Gravitationswellensignalen, entdeckt im Zeitraum von April bis September 2019.
Zu den 39 Ereignissen gehörten eine Vielzahl faszinierender Entdeckungen, wie eine massive Verschmelzung von Schwarzen Löchern, die zu einem Überrest mit der Masse von 142 Sonnen führte, ein extrem einseitiges Ereignis mit Massen von Objekten, die größer als die Sonne waren, und ein mysteriöses Objekt, das auftauchte entweder ein kleines Schwarzes Loch oder ein großer Neutronenstern sein. Die Forscher waren von den Daten begeistert, die zeigten, dass die Objekte im Durchschnitt alle fünf Tage ein neues Signal erhalten, und planen, diese zu nutzen, um das Verhalten und die Häufigkeit von Verschmelzungen von Schwarzen Löchern besser zu verstehen.
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