Fysiker upplever just nu en guldålder av ny kunskap om svarta hål. Sedan 2015 har forskare kunnat ta emot signaler direkt från svarta hål med hjälp av gravitationsvågsobservatorium med en laserinterferometer (LIGO), medan observatorier som t.ex Event Horizon-teleskopet (EHT), få de första bilderna skuggor av ett svart hål. Detta år har inte varit något undantag, med en ny skörd av spännande och unika resultat som utökar horisonten för vår kunskap om svarta hål. Här tar vi en titt på några av de mest imponerande upptäckterna 2020.
Som för att bekräfta att 2020 var året för forskning om svarta hål, är vetenskapens främsta prestation Nobelpriset - tilldelades i oktober tre fysiker vars verk belyser livet för dessa mystiska rymdobjekt.
Roger Penrose från University of Oxford i Storbritannien fick halva priset "för upptäckten att bildning av svarta hål är en robust förutsägelse av allmän relativitetsteori", medan Andrea Guez från University of California, Los Angeles och Reinhard Hansel från University of Bonn och Institutet för utomjordisk fysik Max Planck i Tyskland delade den andra halvan "för upptäckten av ett supermassivt kompakt objekt i mitten av vår galax", säger Kungliga Svenska Vetenskapsakademien i ett uttalande. Andrea Guez är bara den fjärde kvinnan att vinna Nobelpriset i fysik, efter Marie Curie 1903, Maria Heppert-Mayer 1963 och Donna Strickland 2018.
LIGO och dess europeiska motsvarighet Jungfrun observera svarta hål genom gravitationsvågor i rymdtidens väv, som bildas när massiva föremål svänger.
Flera imponerande upptäckter har redan gjorts vid anläggningarna. Men i maj meddelade samarbetet att man upptäckt den största kollisionen med ett svart hål i historien. En av dem är 85 gånger större än solens massa, och den andra är 66 gånger större än solens massa. När de kolliderar tillsammans bildar de ett svart hål, vars massa överstiger solens massa med 142 gånger. Förutom att sätta rekord var fyndet det första i den så kallade "förbjudna" zonen av medelstora svarta hål. Även om astronomer har sett små svarta hål ungefär lika stora som vår sol och vet att kolossala, miljontals gånger solens massa, finns i galaxernas centrum, har ingen tidigare hittat bevis på svarta hål i detta mellanregister. Hur exakt de bildades är fortfarande ett mysterium som forskare nu försöker lösa.
Kort efter Big bang Universum var genomsyrat av het och turbulent strålning. I vissa regioner var energin tillräckligt tät för att teoretiskt kollapsa in i sig själv för att bilda ett svart hål.
Även om fysiker fortfarande inte vet om dessa finns ursprungliga svarta hål (PCD), på sistone har de funderat på vad som skulle kunna hända om de fanns. Flera tidningar, inklusive en publicerad i november, har föreslagit att dessa svarta hål, av vilka några kommer att vara mindre än de som bildas av döende stjärnor, möjligen kan utgöra mörk materia, ett okänt ämne som utövar gravitationsinflytande på hela universum. Under de kommande åren genomförs experiment för att söka efter PCD, som antingen kommer att bekräfta eller förneka deras existens.
Tänk om du tog de otroligt massiva svarta hålen i galaxernas centrum och förstorade dem med en faktor 11? Det är vad forskarna föreslog i ett septemberpapper som diskuterade möjligheten av "otroligt stora svarta hål" (PLATTOR).
Dessa objekt kommer att väga minst 1 biljon gånger solens massa, 10 gånger mer än det största svarta hålet som för närvarande är känt, det 66 miljarder solmassmonstret som kallas TON 618. Några av SLABs kan ha bildats i det tidiga universum och skapat en annan klass av ursprungliga svarta hål, vilket betyder att vi kunde se deras avtryck i den kosmiska mikrovågsbakgrunden när vårt universum bara var 380 000 år gammalt. Andra kunde upptäckas genom att titta på hur de böjer ljuset från avlägsna stjärnor om en SLAB råkar vara mellan oss. Detta koncept är fortfarande hypotetiskt, men det väcker ökad uppmärksamhet.
De flesta av paren av svarta hål som upptäckts av LIGO- och Jungfruinstrumenten har ungefär samma massa. Men i april meddelade samarbetet att det tittade den mest asymmetriska katastrofen.
De föremål som kolliderade på ett avstånd av cirka 2,4 miljarder ljusår från oss hade en massa på cirka 8 respektive 30 gånger vår sols massa. En sådan oväntad händelse ansågs sällsynt nog att gravitationsvågsinstallationer inte skulle märka det efter bara några år. Upptäckten utmanar dessa antaganden och uppmanar forskare att överväga möjligheten av hierarkiska sammanslagningar, där ett svart hål kolliderar med ett annat, och sedan den resulterande kvarlevan smälter samman med ett annat svart hål.
När ett massivt föremål närmar sig ett svart hål på ett visst avstånd, kan de extrema gravitationskrafterna som finns där riva föremålet i långa materialsträngar som sprids överallt.
Denna process, i dagligt tal kallad spaghettifiering, observerades sällan eftersom de flesta svarta hål är omgivna av ett skymt moln av gas och damm. Men i oktober lyckades astronomer från European Southern Observatory ta en bild Spaghettifiering av stjärnan i oöverträffad detalj med både Very Large Telescope och New Technology Telescope. Denna händelse, känd som AT 2019qiz, kommer att ge forskare insikt i sådana fenomen och hjälpa dem att bättre förstå gravitationen under extrema förhållanden.
Ingen vill komma för nära ett svart hål. Lyckligtvis såg den kosmiska Pac-Man i maj kretsa runt ett par följeslagare kända som H.R. 6819, ligger på ett astronomiskt säkert avstånd från sina partners.
Det nya svarta hålet lurar 1000 6819 ljusår från jorden i den södra stjärnbilden Telescopium, tre gånger närmare än den tidigare rekordhållaren. Astronomer kan inte direkt observera själva det svarta hålet, men har kunnat sluta sig till dess närvaro baserat på hur det gravitationsmässigt påverkar två andra objekt i systemet. Observatörer på södra halvklotet kan se stjärnorna i HR XNUMX-systemet med blotta ögat genom att titta på ett stjärnkort och titta i stjärnbilden Telescopium, nära gränsen till stjärnbilden Pavo.
För att ett svart hål ska bildas måste materia och energi kollapsa till en liten punkt av oändlig densitet. Eftersom sådana oändligheter borde vara fysiskt omöjliga, har teoretiker länge sökt en väg runt ett så konstigt resultat.
Enligt strängteorin, som ersätter alla partiklar och krafter med subatomära, vibrerande strängar, kan svarta hål visa sig vara något ännu mer konstigt – en härva av fundamentala strängar, som flummigt garn. I oktober visade en studie att om atomerna i neutronstjärnor, en typ av stjärnrester som inte är tillräckligt täta för att bilda ett svart hål, faktiskt var ett knippe av strängar, då skulle det inte bilda ett svart hål om man komprimerade dessa strängar tillsammans. fluffig nystan - som skulle likna det tidigare nämnda garnnystan. Den märkliga idén har ännu inte implementerats fullt ut, men det är ett av de möjliga alternativen till att arbeta med oändlighet.
Enligt fysiker ska varje svart hål omges av sk händelsehorisont - en gräns genom vilken du, efter att ha fallit, aldrig kommer ut. Ända sedan svarta hål först postulerades har forskare ifrågasatt om en händelsehorisont är absolut nödvändig.
Kan det finnas ett svart hål utan det, sk "naket" svart hål? Detta kan vara farligt eftersom fysikens kända lagar bryts inuti händelsehorisonten för ett svart hål, och ett naket svart hål kan inte skydda denna barriär. Medan de flesta teoretiker tror att nakenhet är ett no-go för svarta hål, sa en novembertidning att det finns ett sätt att testa säkert. Tricket är att leta efter skillnader i ansamlingsskivorna eller ringarna av gas och damm som bildas av matningen av det svarta hålet, vilket kan indikera en synlig skillnad mellan nakna och normala svarta hål.
Julen har kommit tidigt i år för svarta håls forskare. I oktober släppte LIGO-observationsgemenskapen och dess europeiska motsvarighet Virgo en stor ny katalog med dussintals gravitationsvågsignaler, upptäckt under perioden april till september 2019.
De 39 händelserna inkluderade en mängd spännande upptäckter, som en massiv sammanslagning av svarta hål som resulterade i en kvarleva med massan av 142 solar, en extremt ensidig händelse med massor av föremål större än solen, och ett mystiskt föremål som dök upp att vara antingen ett litet svart hål eller en stor neutronstjärna. Forskarna var entusiastiska över data, som visade att objekten i genomsnitt får en ny signal var femte dag, och planerar att använda den för att bättre förstå beteendet och frekvensen av sammanslagningar av svarta hål.
Läs också:
Kommentera uppropet