Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Подвійна чорна діра англ binary black hole BBH система що складається з двох чорних дір на низькій орбіті одна навколо о

Подвійна чорна діра

Подвійна чорна діра

Подвійна чорна діра (англ. binary black hole, BBH) — система, що складається з двох чорних дір на низькій орбіті одна навколо одної. Як і окремі чорні діри, подвійні чорні діри часто діляться на подвійні чорні діри зоряної маси, утворені або як залишки систем подвійних зір високої маси, або динамічними процесами і взаємним захопленням, та подвійні надмасивні чорні діри, що вважаються результатом злиття галактик.

Комп'ютерна модель системи подвійної чорної діри GW150914, як це бачить близький до неї спостерігач під час її кінцевої стадії згортання і злиття. Видно, як зоряне поле позаду чорних дір сильно викривлюється і, здається, обертається та рухається завдяки надзвичайній дії гравітаційної лінзи, а сам часопростір викривлюється й обтягується чорними дірами, що обертаються.

Багато років доведення існування подвійних чорних дір утруднювала природа самих чорних дір та обмеженість доступних засобів виявлення. Однак, у тому випадку, якщо парі чорних дір належало злитися, виділилася б величезна кількість енергії у вигляді гравітаційних хвиль з характерними формами хвилі, які можна обчислити за допомогою загальної теорії відносності. Тому наприкінці ХХ і на початку ХХІ століття подвійні чорні діри набули великого інтересу з боку науковців як потенційне джерело таких хвиль і засіб, за допомогою якого можна було довести існування гравітаційних хвиль. Злиття подвійних чорних дір було б одним із найпотужніших відомих джерел гравітаційних хвиль у Всесвіті, даючи таким чином добру нагоду (безпосереднього виявлення таких хвиль). Коли орбітальні чорні діри випускають ці хвилі, орбіта знижується, а орбітальний період зменшується. Ця стадія називається скороченням орбіти (англ. inspiral) подвійної чорної діри. Чорні діри зіллються, коли будуть досить близько. Злившись, єдина діра набуває стійкої форми через етап, що зветься кінцевою стадією, де будь-яке викривлення форми розсіюється у вигляді нових гравітаційних хвиль. У прикінцеву частку секунди чорні діри можуть досягати дуже високої швидкості, а амплітуда гравітаційної хвилі досягає свого піку.

Існування подвійних чорних дір зоряної маси (і самих гравітаційних хвиль) остаточно підтвердилося, коли LIGO відкрила GW150914 (виявлено у вересні 2015 року, оголошено в лютому 2016), характерну форму коливань гравітаційної хвилі від злиття чорних дір зоряної маси близько 30 сонячних мас кожна, що трапилося приблизно на віддалі 1,3 млрд світлових років. На завершальному етапі спірального згортання і злиття, GW150914 випустила близько 3 сонячних мас гравітаційної енергії, максимальний показник якої становив 3,6× 1049ват — це більше, ніж сукупна енергія всього світла, що випромінюється всіма зорями у видимому Всесвіті, разом узята. Існування подвійних надмасивних чорних дір поки що однозначно не доведено, виявлено кандидатів у такі об'єкти.

Виникнення

Вважається, що подвійні надмасивні чорні діри формуються під час злиття галактик. Деякими ймовірними кандидатами в подвійні чорні діри є галактики з подвійними ядрами, віддаленими одне від одного. Приклад подвійного ядра — NGC 6240. Набагато ближчі чорні діри є, ймовірно, в одноядерних галактиках із подвійними емісійними лініями у спектрі. У цьому випадку прикладами можуть служити SDSS J104807.74+005543.5 і EGSD2 J142033.66 525917.5. Інші галактичні ядра мають періодичні емісії, що вказують на великі об'єкти, які обертаються навколо центральної чорної діри, наприклад, у OJ 287.

Квазар , здається, має подвійні чорні діри з періодом орбітального руху в 1 900 днів.

Існування подвійних чорних дір зоряної маси унаочнило перше виявлення випадку злиття чорної діри GW150914 лабораторією LIGO.

Проблема останнього парсека

Типова відстань між двома надмасивними чорними дірами поблизу центру галактики становить від кількох до кількох десятків парсек (пк). Це відстань, на якій дві чорні діри є зв'язаною подвійною системою. Щоб злитися, вони повинні якимось чином витрачати енергію. Для генерування гравітаційних хвиль значимої інтенсивності пара повинна спочатку зблизитись до значно меншої відстані між ними — приблизно 0,01-0,001 пк. Це називається «проблемою останнього парсека». Запропоновано чимало розв'язків проблеми останнього парсека — більшість із них ґрунтуються на взаємодії цих масивних подвійних утворень із навколишньою речовиною, чи то зорями, чи то газом, які можуть відбирати енергію подвійної системи і зумовлювати її компоненти зближатися. Наприклад, викидання зір, що пролітають поблизу, через ефект гравітаційної пращі може зблизити дві чорні діри одна до одної за час набагато менший, ніж вік Всесвіту.

Життєвий цикл

Перша стадія життя подвійної чорної діри — це поступове скорочення орбіти. Перші етапи скорочення орбіти тривають дуже багато часу, оскільки випромінювані гравітаційні хвилі дуже слабкі, поки чорні діри віддалені одна від одної. На додачу до скорочення орбіти, зумовленого випромінюванням гравітаційних хвиль, момент імпульсу може додатково втрачатися через взаємодію з іншою речовиною, такою як зорі. Коли орбіта чорної діри скорочується, швидкість зростає й випромінювання гравітаційних хвиль збільшується. У випадку зближення чорних дір гравітаційні хвилі спонукають стрімке скорочення орбіти. Остання стабільна орбіта або найближча до центру стабільна циклічна орбіта (англ. innermost stable circular orbit) — це найближча до центру повна орбіта перед переходом стадії скорочення орбіти в стадію злиття. Услід за цим настає стадія обриву орбіти (англ. a plunging orbit), коли дві чорні діри зустрічаються, після чого відбувається злиття. Випромінювання гравітаційних хвиль у цей час досягає піку. Відразу після злиття єдина тепер чорна діра спричинить коливання, що вібрує від зміни форми з видовженої на сплющену. На наступній стадії, яка називається кінцевою стадією, коливання затухає завдяки випромінюванню гравітаційних хвиль. Викривлення кулястої форми стрімко зменшуються аж до остаточної стабілізації форми.

Спостереження

Перше спостереження злиття подвійних чорних дір зоряної маси провів детектор LIGO. Пара чорних дір, одна з яких орієнтовно мала 36, а друга 29 сонячних мас, закрутилися одна довкола одної та злилися, утворюючи чорну діру масою приблизно 62 сонячних 14 вересня 2015 о 09:50 UTC. У прикінцеву частку секунди злиття три сонячні маси перетворилися на гравітаційне випромінювання з максимальною миттєвою потужністю 3,6×1056 ерг/с (200 сонячних мас на секунду), що в 50 разів більше від потужності випромінювання всіх зір. Злиття відбулося за 1,3 млрд світлових років від Землі.

Моделювання

Деякі спрощені алгебраїчні моделі можна використовувати для випадку, коли чорні діри на значній відстані одна від одної, під час стадії скорочення орбіти, а також щоб обчислити кінцеву стадію. Для стадії скорочення орбіти можна використати постньютонівські наближення. Вони наближають рівняння поля загальної теорії відносності, додаючи додаткові члени до рівнянь ньютонівської теорії тяжіння. Порядки, які використовуються в цих розрахунках, можна назвати 2PN (другий порядок пост-ньютонівський) 2.5PN або 3PN (третій порядок пост-ньютонівський). Підхід «ефектів-ван-боді» (англ. effective-one-body) розв'язує динаміку системи подвійної чорної діри шляхом перетворення цих рівнянь на рівняння одного тіла (елемента). Це особливо корисно, коли співвідношення початкової і кінцевої мас великі, як у випадку злиття чорної діри зоряної маси з чорною дірою ядра Галактики, але може також бути застосовано для систем рівної маси. Для кінцевої стадії можна використати теорію збурень чорної діри. Прикінцева чорна діра Керра викривлюється, а спектр частот, які вона випромінює, можна обчислити.

Щоб обчислити всю цю еволюцію включно зі злиттям потрібно розв'язати повні рівняння загальної теорії відносності (ЗТВ). Це можна зробити в моделюваннях чисельної відносності в рамках загальної теорії відносності. Вони описують властивості простору-часу та його еволюцію.

Методи числових моделювань ЗТВ постійно поліпшуються, починаючи від перших спроб у 1960-х і 1970-х роках. Однак довгострокові імітації орбітальних чорних дір були неможливі, доки три колективи незалежно один від одного не розробили в 2005 році принципово нові методи моделювання скорочення орбіти, злиття і кінцевої стадії подвійних чорних дір.

У повних розрахунках цілого злиття деякі з вищезгаданих способів можуть бути використані разом. Тоді важливо підігнати різні деталі моделі, розраховані з допомогою різних алгоритмів. У момент злиття «Проект Лазарус» пов'язав ці деталі на просторовоподібній гіперповерхні.

Результати розрахунків можуть включати енергію зв'язку. При стабільній орбіті енергія зв'язку є локальним мінімумом, відносним до збурення параметру. У випадку найближчої до центру стабільної циклічної орбіти локальний мінімум стає точкою перегину.

Вироблена форма гравітаційної хвилі має важливе значення для спостереження, прогнозування і підтвердження. Коли орбітальне зближення досягає сильної зони гравітаційного поля, хвилі розсіюються по зоні, виробляючи те, що називається «постньютонівський хвіст» (PN tail).

На завершальній стадії чорна діра Керра генерує гравітаційну хвилю з довжиною, співмірною з розміром горизонту подій через ефект Лензе — Тіррінґа. На відміну від цього, кінцева стадія чорної діри Шварцшильда має вигляд розсіяної хвилі від пізнього скорочення орбіти, але без будь-якої прямої хвилі.

Силу реакції випромінювання можна обчислити за допомогою пересумовування Паде гравітаційного потоку хвиль.

Кінцева маса отриманої чорної діри залежить від визначення маси в загальній теорії відносності. Маса Бонді MB розраховується за формулою втрати маси Бонді-Сач image, де f(U) — потік гравітаційних хвиль у запізнілий момент U. f — це поверхневий інтеграл функції Ньюз при нульовій нескінченності, що змінюється тілесним кутом. Енергія Арновітта-Дезера-Міснера (ADM) або маса ADM — це маса, виміряна на нескінченній відстані і яка включає все гравітаційне випромінювання. image.

У гравітаційному випромінюванні також втрачається момент імпульсу. Він є перш за все в осі z початкової орбіти.

Форма

Одна з проблем, які належить розв'язати, — це форма або топологія горизонту подій під час злиття чорних дір. У числових моделях вставлено тестові геодезичні, щоб побачити, чи вони стикаються з горизонтом подій. Коли дві чорні діри наближаються одна до одної, з двох горизонтів подій у напрямку один до одного вимальовується виступ у формі качиного дзьобу. Цей виступ видовжується і звужується, доки не зустрічає виступу з іншого чорної діри. У цей момент часу горизонт подій має дуже вузьку X-подібну форму в місці зустрічі. Виступи витягаються в тонку нитку. Місце зустрічі розширюється до дещо циліндричного сполучення, званого мостом. Імітації станом на 2011 не дали ніяких горизонтів подій із тороїдальною топологією, хоча інші наводили на думку, що було б можливо злитися, наприклад, якщо кілька чорних дір обертаються по тому самому колу.

Віддача злиття чорних дір

З подвійними чорними дірами, які зливаються, може трапитися неочікуваний результат в тому сенсі, що гравітаційні хвилі несуть імпульс, і пара чорних дір у процесі злиття розганяється, здавалось би, порушуючи третій закон Ньютона. Центр ваги може додати швидкості віддачі у понад 1000 км/с. Найвищі швидкості віддачі (з наближенням до 5000 км/с) виникають у системах подвійних чорних дір із однаковою масою і однаковою величиною обертання довкола власної осі, коли напрямки цих обертань оптимально спрямовані по одній лінії назустріч одне одному, паралельно до площини орбіти або майже збігаються з орбітальним моментом. Цього достатньо, щоб покидати масивні галактики. У випадку більш імовірних орієнтацій ефект віддачі є меншим, можливо, всього кілька сотень кілометрів на секунду. Така швидкість відкине подвійні чорні діри, що зливаються, від кулястих зоряних скупчень, тим самим запобігаючи утворенню потужних чорних дір у ядрах кулястих скупчень. У свою чергу, це знижує ймовірність подальших злиттів і, тим самим, шанси виявити гравітаційні хвилі. У чорних дір, які не обертаються, максимальна швидкість віддачі 175 км/с трапляється з масами у співвідношенні п'ять до одного.

Параметри, які можуть являти інтерес, включають точку, в якій чорні діри зливаються, співвідношення мас, яке створює максимальну віддачу, і те, скільки маси/енергії випромінюється у вигляді гравітаційних хвиль. При лобовому зіткненні ця частка розраховується в розмірі 0,002 або 0,2%.

Примітки

  1. Credits: SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) project
  2. Abadie, J.; LIGO Scientific Collaboration; The Virgo Collaboration; Abernathy, M.; Accadia, T.; Acernese, F.; Adams, C.; Adhikari, R.; Ajith, P.; Allen, B.; Allen, G. S.; Amador Ceron, E.; Amin, R. S.; Anderson, S. B.; Anderson, W. G.; Antonucci, F.; Arain, M. A.; Araya, M. C.; Aronsson, M.; Aso, Y.; Aston, S. M.; Astone, P.; Atkinson, D.; Aufmuth, P.; Aulbert, C.; Babak, S.; Baker, P.; Ballardin, G.; Ballinger, T. та ін. (2011). Search for gravitational waves from binary black hole inspiral, merger and ringdown. Physical Review D. 83 (12): 122005. arXiv:1102.3781. Bibcode:2011PhRvD..83l2005A. doi:10.1103/PhysRevD.83.122005.
  3. (PDF). LIGO. 11 лютого 2016. Архів оригіналу (PDF) за 16 лютого 2016. Процитовано 11 лютого 2016.
  4. Harwood, W. (11 лютого 2016). Einstein was right: Scientists detect gravitational waves in breakthrough. . Процитовано 12 лютого 2016.
  5. Drake, Nadia (11 лютого 2016). Found! Gravitational Waves, or a Wrinkle in Spacetime. National Geographic News. Процитовано 12 лютого 2016.
  6. Liu, Fukun; Komossa, Stefanie; Schartel, Norbert (22 квітня 2014). UNIQUE PAIR OF HIDDEN BLACK HOLES DISCOVERED BY XMM-NEWTON. A milli-parsec supermassive black hole binary candidate in the galaxy SDSS J120136.02+300305.5. Процитовано 23 грудня 2014.
  7. Gerke, Brian F.; Newman, Jeffrey A.; Lotz, Jennifer; Yan, Renbin; Barmby, P.; Coil, Alison L.; Conselice, Christopher J.; Ivison, R. J.; Lin, Lihwai; Koo, David C.; Nandra, Kirpal; Salim, Samir; Small, Todd; Weiner, Benjamin J.; Cooper, Michael C.; Davis, Marc; Faber, S. M.; Guhathakurta, Puragra та ін. (6 квітня 2007). The DEEP2 Galaxy Redshift Survey: AEGIS Observations of a Dual AGN AT z p 0.7 (PDF). The Astrophysical Journal Letters. 660: L23—L26. arXiv:astro-ph/0608380. Bibcode:2007ApJ...660L..23G. doi:10.1086/517968.
  8. Hongyan Zhou; Tinggui Wang; Xueguang Zhang; Xiaobo Dong; Cheng Li (26 лютого 2004). Obscured Binary Quasar Cores in SDSS J104807.74+005543.5?. The Astrophysical Journal Letters. The American Astronomical Society. 604: L33—L36. arXiv:astro-ph/0411167. Bibcode:2004ApJ...604L..33Z. doi:10.1086/383310.
  9. Valtonen, M. V.; Mikkola, S.; Merritt, D.; Gopakumar, A.; Lehto, H. J.; Hyvönen, T.; Rampadarath, H.; Saunders, R.; Basta, M.; Hudec, R. (February 2010). Measuring the Spin of the Primary Black Hole in OJ287. The Astrophysical Journal. The American Astronomical Society. 709 (2): 725—732. arXiv:0912.1209. Bibcode:2010ApJ...709..725V. doi:10.1088/0004-637X/709/2/725.
  10. Graham, Matthew J.; Djorgovski, S. G.; Stern, Daniel; Glikman, Eilat; Drake, Andrew J.; Mahabal, Ashish A.; Donalek, Ciro; Larson, Steve; Christensen, Eric (7 січня 2015). A possible close supermassive black-hole binary in a quasar with optical periodicity. Nature. 518 (7537): 74—6. arXiv:1501.01375. Bibcode:2015Natur.518...74G. doi:10.1038/nature14143. ISSN 0028-0836. PMID 25561176.
  11. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters. 116 (6). arXiv:1602.03837. Bibcode:2016PhRvL.116f1102A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102.
  12. More Evidence for Coming Black Hole Collision - The New York Times
  13. Merritt, David; Milosavljevic, Milos (2003). . AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics. 686 (1): 201—210. arXiv:astro-ph/0212270. Bibcode:2003AIPC..686..201M. doi:10.1063/1.1629432. Архів оригіналу за 2 грудня 2014.
  14. Merritt, David (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei. Princeton: Princeton University Press. ISBN .
  15. Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11 лютого 2016). Einstein's gravitational waves found at last. Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Процитовано 11 лютого 2016.
  16. Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction | NSF - National Science Foundation. www.nsf.gov. Процитовано 11 лютого 2016.
  17. Abbott, Benjamin P. (11 February 2016). Properties of the binary black hole merger GW150914. = LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. arXiv:1602.03840. Bibcode:2016arXiv160203840T.
  18. Kramer, Sarah (11 лютого 2016). This collision was 50 times more powerful than all the stars in the universe combined. Tech Insider. Процитовано 12 лютого 2016.
  19. Hahn, Susan G; Lindquist, Richard W (1964). The two-body problem in geometrodynamics. Annals of Physics. 29 (2): 304—331. Bibcode:1964AnPhy..29..304H. doi:10.1016/0003-4916(64)90223-4. ISSN 0003-4916.
  20. Smarr, Larry; Čadež, Andrej; DeWitt, Bryce; Eppley, Kenneth (1976). Collision of two black holes: Theoretical framework. Physical Review D. 14 (10): 2443—2452. Bibcode:1976PhRvD..14.2443S. doi:10.1103/PhysRevD.14.2443. ISSN 0556-2821.
  21. Pretorius, Frans (2005). Evolution of Binary Black-Hole Spacetimes. Physical Review Letters. 95 (12). arXiv:gr-qc/0507014. Bibcode:2005PhRvL..95l1101P. doi:10.1103/PhysRevLett.95.121101. ISSN 0031-9007.
  22. Campanelli, M.; Lousto, C. O.; Marronetti, P.; Zlochower, Y. (2006). Accurate Evolutions of Orbiting Black-Hole Binaries without Excision. Physical Review Letters. 96 (11). arXiv:gr-qc/0511048. Bibcode:2006PhRvL..96k1101C. doi:10.1103/PhysRevLett.96.111101. ISSN 0031-9007.
  23. Baker, John G.; Centrella, Joan; Choi, Dae-Il; Koppitz, Michael; van Meter, James (2006). Gravitational-Wave Extraction from an Inspiraling Configuration of Merging Black Holes. Physical Review Letters. 96 (11). arXiv:gr-qc/0511103. Bibcode:2006PhRvL..96k1102B. doi:10.1103/PhysRevLett.96.111102. ISSN 0031-9007.
  24. Nichols, David A.; Yanbei Chen (1 вересня 2011). Hybrid method for understanding black-hole mergers: Inspiralling case. Physical Review D. 85 (4): 044035. arXiv:1109.0081v1. Bibcode:2012PhRvD..85d4035N. doi:10.1103/PhysRevD.85.044035. 044035. {{}}: |archive-date= вимагає |archive-url= ()
  25. Thibault
  26. Cohen, Michael I.; Jeffrey D. Kaplan; Mark A. Scheel (11 жовтня 2011). On Toroidal Horizons in Binary Black Hole Inspirals. Physical Review D. 85 (2): 024031. arXiv:1110.1668v1. Bibcode:2012PhRvD..85b4031C. doi:10.1103/PhysRevD.85.024031.
  27. Pietilä, Harri; Heinämäki, Pekka; Mikkola, Seppo; Valtonen, Mauri J. (10 січня 1996). Anisotropic Gravitational Radiation In The Merger Of Black Holes. Relativistic Astrophysics Conference. CiteSeerX: 10.1.1.51.2616.
  28. Campanelli, Manuela; Lousto, Carlos; Zlochower, Yosef; Merritt, David (7 червня 2007). Maximum Gravitational Recoil. Maximum Gravitational Recoil.
  29. Lousto, Carlos; Zlochower, Yosef (2 грудня 2007). Hangup Kicks: Still Larger Recoils by Partial Spin-Orbit Alignment of Black-Hole Binaries. Hangup Kicks: Still Larger Recoils by Partial Spin-Orbit Alignment of Black-Hole Binaries.
  30. Pietilä, Harri; Heinämäki, Pekka; Mikkola, Seppo; Valtonen, Mauri J. (1995). Anisotropic gravitational radiation in the problems of three and four black holes. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 62 (4): 377—394. Bibcode:1995CeMDA..62..377P. doi:10.1007/BF00692287. CiteSeerX: 10.1.1.51.2616.

Посилання

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Подвійна чорна діра
  • Binary Black Holes Orbit and Collide
  • Merritt, David; Milosavljevic, Milos (2005). . Living Reviews in Relativity. Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik. 8. Архів оригіналу за 30 березня 2012. Процитовано 6 квітня 2016.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Podvijna chorna dira angl binary black hole BBH sistema sho skladayetsya z dvoh chornih dir na nizkij orbiti odna navkolo odnoyi Yak i okremi chorni diri podvijni chorni diri chasto dilyatsya na podvijni chorni diri zoryanoyi masi utvoreni abo yak zalishki sistem podvijnih zir visokoyi masi abo dinamichnimi procesami i vzayemnim zahoplennyam ta podvijni nadmasivni chorni diri sho vvazhayutsya rezultatom zlittya galaktik source source source source source source source source Komp yuterna model sistemi podvijnoyi chornoyi diri GW150914 yak ce bachit blizkij do neyi sposterigach pid chas yiyi kincevoyi stadiyi zgortannya i zlittya Vidno yak zoryane pole pozadu chornih dir silno vikrivlyuyetsya i zdayetsya obertayetsya ta ruhayetsya zavdyaki nadzvichajnij diyi gravitacijnoyi linzi a sam chasoprostir vikrivlyuyetsya j obtyaguyetsya chornimi dirami sho obertayutsya Bagato rokiv dovedennya isnuvannya podvijnih chornih dir utrudnyuvala priroda samih chornih dir ta obmezhenist dostupnih zasobiv viyavlennya Odnak u tomu vipadku yaksho pari chornih dir nalezhalo zlitisya vidililasya b velichezna kilkist energiyi u viglyadi gravitacijnih hvil z harakternimi formami hvili yaki mozhna obchisliti za dopomogoyu zagalnoyi teoriyi vidnosnosti Tomu naprikinci HH i na pochatku HHI stolittya podvijni chorni diri nabuli velikogo interesu z boku naukovciv yak potencijne dzherelo takih hvil i zasib za dopomogoyu yakogo mozhna bulo dovesti isnuvannya gravitacijnih hvil Zlittya podvijnih chornih dir bulo b odnim iz najpotuzhnishih vidomih dzherel gravitacijnih hvil u Vsesviti dayuchi takim chinom dobru nagodu bezposerednogo viyavlennya takih hvil Koli orbitalni chorni diri vipuskayut ci hvili orbita znizhuyetsya a orbitalnij period zmenshuyetsya Cya stadiya nazivayetsya skorochennyam orbiti angl inspiral podvijnoyi chornoyi diri Chorni diri zillyutsya koli budut dosit blizko Zlivshis yedina dira nabuvaye stijkoyi formi cherez etap sho zvetsya kincevoyu stadiyeyu de bud yake vikrivlennya formi rozsiyuyetsya u viglyadi novih gravitacijnih hvil U prikincevu chastku sekundi chorni diri mozhut dosyagati duzhe visokoyi shvidkosti a amplituda gravitacijnoyi hvili dosyagaye svogo piku Isnuvannya podvijnih chornih dir zoryanoyi masi i samih gravitacijnih hvil ostatochno pidtverdilosya koli LIGO vidkrila GW150914 viyavleno u veresni 2015 roku ogolosheno v lyutomu 2016 harakternu formu kolivan gravitacijnoyi hvili vid zlittya chornih dir zoryanoyi masi blizko 30 sonyachnih mas kozhna sho trapilosya priblizno na viddali 1 3 mlrd svitlovih rokiv Na zavershalnomu etapi spiralnogo zgortannya i zlittya GW150914 vipustila blizko 3 sonyachnih mas gravitacijnoyi energiyi maksimalnij pokaznik yakoyi stanoviv 3 6 1049vat ce bilshe nizh sukupna energiya vsogo svitla sho viprominyuyetsya vsima zoryami u vidimomu Vsesviti razom uzyata Isnuvannya podvijnih nadmasivnih chornih dir poki sho odnoznachno ne dovedeno viyavleno kandidativ u taki ob yekti ViniknennyaVvazhayetsya sho podvijni nadmasivni chorni diri formuyutsya pid chas zlittya galaktik Deyakimi jmovirnimi kandidatami v podvijni chorni diri ye galaktiki z podvijnimi yadrami viddalenimi odne vid odnogo Priklad podvijnogo yadra NGC 6240 Nabagato blizhchi chorni diri ye jmovirno v odnoyadernih galaktikah iz podvijnimi emisijnimi liniyami u spektri U comu vipadku prikladami mozhut sluzhiti SDSS J104807 74 005543 5 i EGSD2 J142033 66 525917 5 Inshi galaktichni yadra mayut periodichni emisiyi sho vkazuyut na veliki ob yekti yaki obertayutsya navkolo centralnoyi chornoyi diri napriklad u OJ 287 Kvazar zdayetsya maye podvijni chorni diri z periodom orbitalnogo ruhu v 1 900 dniv Isnuvannya podvijnih chornih dir zoryanoyi masi unaochnilo pershe viyavlennya vipadku zlittya chornoyi diri GW150914 laboratoriyeyu LIGO Problema ostannogo parsekaTipova vidstan mizh dvoma nadmasivnimi chornimi dirami poblizu centru galaktiki stanovit vid kilkoh do kilkoh desyatkiv parsek pk Ce vidstan na yakij dvi chorni diri ye zv yazanoyu podvijnoyu sistemoyu Shob zlitisya voni povinni yakimos chinom vitrachati energiyu Dlya generuvannya gravitacijnih hvil znachimoyi intensivnosti para povinna spochatku zblizitis do znachno menshoyi vidstani mizh nimi priblizno 0 01 0 001 pk Ce nazivayetsya problemoyu ostannogo parseka Zaproponovano chimalo rozv yazkiv problemi ostannogo parseka bilshist iz nih gruntuyutsya na vzayemodiyi cih masivnih podvijnih utvoren iz navkolishnoyu rechovinoyu chi to zoryami chi to gazom yaki mozhut vidbirati energiyu podvijnoyi sistemi i zumovlyuvati yiyi komponenti zblizhatisya Napriklad vikidannya zir sho prolitayut poblizu cherez efekt gravitacijnoyi prashi mozhe zbliziti dvi chorni diri odna do odnoyi za chas nabagato menshij nizh vik Vsesvitu Zhittyevij ciklPersha stadiya zhittya podvijnoyi chornoyi diri ce postupove skorochennya orbiti Pershi etapi skorochennya orbiti trivayut duzhe bagato chasu oskilki viprominyuvani gravitacijni hvili duzhe slabki poki chorni diri viddaleni odna vid odnoyi Na dodachu do skorochennya orbiti zumovlenogo viprominyuvannyam gravitacijnih hvil moment impulsu mozhe dodatkovo vtrachatisya cherez vzayemodiyu z inshoyu rechovinoyu takoyu yak zori Koli orbita chornoyi diri skorochuyetsya shvidkist zrostaye j viprominyuvannya gravitacijnih hvil zbilshuyetsya U vipadku zblizhennya chornih dir gravitacijni hvili sponukayut strimke skorochennya orbiti Ostannya stabilna orbita abo najblizhcha do centru stabilna ciklichna orbita angl innermost stable circular orbit ce najblizhcha do centru povna orbita pered perehodom stadiyi skorochennya orbiti v stadiyu zlittya Uslid za cim nastaye stadiya obrivu orbiti angl a plunging orbit koli dvi chorni diri zustrichayutsya pislya chogo vidbuvayetsya zlittya Viprominyuvannya gravitacijnih hvil u cej chas dosyagaye piku Vidrazu pislya zlittya yedina teper chorna dira sprichinit kolivannya sho vibruye vid zmini formi z vidovzhenoyi na splyushenu Na nastupnij stadiyi yaka nazivayetsya kincevoyu stadiyeyu kolivannya zatuhaye zavdyaki viprominyuvannyu gravitacijnih hvil Vikrivlennya kulyastoyi formi strimko zmenshuyutsya azh do ostatochnoyi stabilizaciyi formi SposterezhennyaPershe sposterezhennya zlittya podvijnih chornih dir zoryanoyi masi proviv detektor LIGO Para chornih dir odna z yakih oriyentovno mala 36 a druga 29 sonyachnih mas zakrutilisya odna dovkola odnoyi ta zlilisya utvoryuyuchi chornu diru masoyu priblizno 62 sonyachnih 14 veresnya 2015 o 09 50 UTC U prikincevu chastku sekundi zlittya tri sonyachni masi peretvorilisya na gravitacijne viprominyuvannya z maksimalnoyu mittyevoyu potuzhnistyu 3 6 1056 erg s 200 sonyachnih mas na sekundu sho v 50 raziv bilshe vid potuzhnosti viprominyuvannya vsih zir Zlittya vidbulosya za 1 3 mlrd svitlovih rokiv vid Zemli ModelyuvannyaDeyaki sprosheni algebrayichni modeli mozhna vikoristovuvati dlya vipadku koli chorni diri na znachnij vidstani odna vid odnoyi pid chas stadiyi skorochennya orbiti a takozh shob obchisliti kincevu stadiyu Dlya stadiyi skorochennya orbiti mozhna vikoristati postnyutonivski nablizhennya Voni nablizhayut rivnyannya polya zagalnoyi teoriyi vidnosnosti dodayuchi dodatkovi chleni do rivnyan nyutonivskoyi teoriyi tyazhinnya Poryadki yaki vikoristovuyutsya v cih rozrahunkah mozhna nazvati 2PN drugij poryadok post nyutonivskij 2 5PN abo 3PN tretij poryadok post nyutonivskij Pidhid efektiv van bodi angl effective one body rozv yazuye dinamiku sistemi podvijnoyi chornoyi diri shlyahom peretvorennya cih rivnyan na rivnyannya odnogo tila elementa Ce osoblivo korisno koli spivvidnoshennya pochatkovoyi i kincevoyi mas veliki yak u vipadku zlittya chornoyi diri zoryanoyi masi z chornoyu diroyu yadra Galaktiki ale mozhe takozh buti zastosovano dlya sistem rivnoyi masi Dlya kincevoyi stadiyi mozhna vikoristati teoriyu zburen chornoyi diri Prikinceva chorna dira Kerra vikrivlyuyetsya a spektr chastot yaki vona viprominyuye mozhna obchisliti Shob obchisliti vsyu cyu evolyuciyu vklyuchno zi zlittyam potribno rozv yazati povni rivnyannya zagalnoyi teoriyi vidnosnosti ZTV Ce mozhna zrobiti v modelyuvannyah chiselnoyi vidnosnosti v ramkah zagalnoyi teoriyi vidnosnosti Voni opisuyut vlastivosti prostoru chasu ta jogo evolyuciyu Metodi chislovih modelyuvan ZTV postijno polipshuyutsya pochinayuchi vid pershih sprob u 1960 h i 1970 h rokah Odnak dovgostrokovi imitaciyi orbitalnih chornih dir buli nemozhlivi doki tri kolektivi nezalezhno odin vid odnogo ne rozrobili v 2005 roci principovo novi metodi modelyuvannya skorochennya orbiti zlittya i kincevoyi stadiyi podvijnih chornih dir U povnih rozrahunkah cilogo zlittya deyaki z vishezgadanih sposobiv mozhut buti vikoristani razom Todi vazhlivo pidignati rizni detali modeli rozrahovani z dopomogoyu riznih algoritmiv U moment zlittya Proekt Lazarus pov yazav ci detali na prostorovopodibnij giperpoverhni Rezultati rozrahunkiv mozhut vklyuchati energiyu zv yazku Pri stabilnij orbiti energiya zv yazku ye lokalnim minimumom vidnosnim do zburennya parametru U vipadku najblizhchoyi do centru stabilnoyi ciklichnoyi orbiti lokalnij minimum staye tochkoyu pereginu Viroblena forma gravitacijnoyi hvili maye vazhlive znachennya dlya sposterezhennya prognozuvannya i pidtverdzhennya Koli orbitalne zblizhennya dosyagaye silnoyi zoni gravitacijnogo polya hvili rozsiyuyutsya po zoni viroblyayuchi te sho nazivayetsya postnyutonivskij hvist PN tail Na zavershalnij stadiyi chorna dira Kerra generuye gravitacijnu hvilyu z dovzhinoyu spivmirnoyu z rozmirom gorizontu podij cherez efekt Lenze Tirringa Na vidminu vid cogo kinceva stadiya chornoyi diri Shvarcshilda maye viglyad rozsiyanoyi hvili vid piznogo skorochennya orbiti ale bez bud yakoyi pryamoyi hvili Silu reakciyi viprominyuvannya mozhna obchisliti za dopomogoyu peresumovuvannya Pade gravitacijnogo potoku hvil Kinceva masa otrimanoyi chornoyi diri zalezhit vid viznachennya masi v zagalnij teoriyi vidnosnosti Masa Bondi MB rozrahovuyetsya za formuloyu vtrati masi Bondi Sach dMBdU f U displaystyle frac dM B dU f U de f U potik gravitacijnih hvil u zapiznilij moment U f ce poverhnevij integral funkciyi Nyuz pri nulovij neskinchennosti sho zminyuyetsya tilesnim kutom Energiya Arnovitta Dezera Misnera ADM abo masa ADM ce masa vimiryana na neskinchennij vidstani i yaka vklyuchaye vse gravitacijne viprominyuvannya MADM MB U UF V dV displaystyle M ADM M B U int infty U F V dV U gravitacijnomu viprominyuvanni takozh vtrachayetsya moment impulsu Vin ye persh za vse v osi z pochatkovoyi orbiti FormaOdna z problem yaki nalezhit rozv yazati ce forma abo topologiya gorizontu podij pid chas zlittya chornih dir U chislovih modelyah vstavleno testovi geodezichni shob pobachiti chi voni stikayutsya z gorizontom podij Koli dvi chorni diri nablizhayutsya odna do odnoyi z dvoh gorizontiv podij u napryamku odin do odnogo vimalovuyetsya vistup u formi kachinogo dzobu Cej vistup vidovzhuyetsya i zvuzhuyetsya doki ne zustrichaye vistupu z inshogo chornoyi diri U cej moment chasu gorizont podij maye duzhe vuzku X podibnu formu v misci zustrichi Vistupi vityagayutsya v tonku nitku Misce zustrichi rozshiryuyetsya do desho cilindrichnogo spoluchennya zvanogo mostom Imitaciyi stanom na 2011 ne dali niyakih gorizontiv podij iz toroyidalnoyu topologiyeyu hocha inshi navodili na dumku sho bulo b mozhlivo zlitisya napriklad yaksho kilka chornih dir obertayutsya po tomu samomu kolu Viddacha zlittya chornih dirZ podvijnimi chornimi dirami yaki zlivayutsya mozhe trapitisya neochikuvanij rezultat v tomu sensi sho gravitacijni hvili nesut impuls i para chornih dir u procesi zlittya rozganyayetsya zdavalos bi porushuyuchi tretij zakon Nyutona Centr vagi mozhe dodati shvidkosti viddachi u ponad 1000 km s Najvishi shvidkosti viddachi z nablizhennyam do 5000 km s vinikayut u sistemah podvijnih chornih dir iz odnakovoyu masoyu i odnakovoyu velichinoyu obertannya dovkola vlasnoyi osi koli napryamki cih obertan optimalno spryamovani po odnij liniyi nazustrich odne odnomu paralelno do ploshini orbiti abo majzhe zbigayutsya z orbitalnim momentom Cogo dostatno shob pokidati masivni galaktiki U vipadku bilsh imovirnih oriyentacij efekt viddachi ye menshim mozhlivo vsogo kilka soten kilometriv na sekundu Taka shvidkist vidkine podvijni chorni diri sho zlivayutsya vid kulyastih zoryanih skupchen tim samim zapobigayuchi utvorennyu potuzhnih chornih dir u yadrah kulyastih skupchen U svoyu chergu ce znizhuye jmovirnist podalshih zlittiv i tim samim shansi viyaviti gravitacijni hvili U chornih dir yaki ne obertayutsya maksimalna shvidkist viddachi 175 km s traplyayetsya z masami u spivvidnoshenni p yat do odnogo Parametri yaki mozhut yavlyati interes vklyuchayut tochku v yakij chorni diri zlivayutsya spivvidnoshennya mas yake stvoryuye maksimalnu viddachu i te skilki masi energiyi viprominyuyetsya u viglyadi gravitacijnih hvil Pri lobovomu zitknenni cya chastka rozrahovuyetsya v rozmiri 0 002 abo 0 2 PrimitkiCredits SXS Simulating eXtreme Spacetimes project Abadie J LIGO Scientific Collaboration The Virgo Collaboration Abernathy M Accadia T Acernese F Adams C Adhikari R Ajith P Allen B Allen G S Amador Ceron E Amin R S Anderson S B Anderson W G Antonucci F Arain M A Araya M C Aronsson M Aso Y Aston S M Astone P Atkinson D Aufmuth P Aulbert C Babak S Baker P Ballardin G Ballinger T ta in 2011 Search for gravitational waves from binary black hole inspiral merger and ringdown Physical Review D 83 12 122005 arXiv 1102 3781 Bibcode 2011PhRvD 83l2005A doi 10 1103 PhysRevD 83 122005 PDF LIGO 11 lyutogo 2016 Arhiv originalu PDF za 16 lyutogo 2016 Procitovano 11 lyutogo 2016 Harwood W 11 lyutogo 2016 Einstein was right Scientists detect gravitational waves in breakthrough Procitovano 12 lyutogo 2016 Drake Nadia 11 lyutogo 2016 Found Gravitational Waves or a Wrinkle in Spacetime National Geographic News Procitovano 12 lyutogo 2016 Liu Fukun Komossa Stefanie Schartel Norbert 22 kvitnya 2014 UNIQUE PAIR OF HIDDEN BLACK HOLES DISCOVERED BY XMM NEWTON A milli parsec supermassive black hole binary candidate in the galaxy SDSS J120136 02 300305 5 Procitovano 23 grudnya 2014 Gerke Brian F Newman Jeffrey A Lotz Jennifer Yan Renbin Barmby P Coil Alison L Conselice Christopher J Ivison R J Lin Lihwai Koo David C Nandra Kirpal Salim Samir Small Todd Weiner Benjamin J Cooper Michael C Davis Marc Faber S M Guhathakurta Puragra ta in 6 kvitnya 2007 The DEEP2 Galaxy Redshift Survey AEGIS Observations of a Dual AGN AT z p 0 7 PDF The Astrophysical Journal Letters 660 L23 L26 arXiv astro ph 0608380 Bibcode 2007ApJ 660L 23G doi 10 1086 517968 Hongyan Zhou Tinggui Wang Xueguang Zhang Xiaobo Dong Cheng Li 26 lyutogo 2004 Obscured Binary Quasar Cores in SDSS J104807 74 005543 5 The Astrophysical Journal Letters The American Astronomical Society 604 L33 L36 arXiv astro ph 0411167 Bibcode 2004ApJ 604L 33Z doi 10 1086 383310 Valtonen M V Mikkola S Merritt D Gopakumar A Lehto H J Hyvonen T Rampadarath H Saunders R Basta M Hudec R February 2010 Measuring the Spin of the Primary Black Hole in OJ287 The Astrophysical Journal The American Astronomical Society 709 2 725 732 arXiv 0912 1209 Bibcode 2010ApJ 709 725V doi 10 1088 0004 637X 709 2 725 Graham Matthew J Djorgovski S G Stern Daniel Glikman Eilat Drake Andrew J Mahabal Ashish A Donalek Ciro Larson Steve Christensen Eric 7 sichnya 2015 A possible close supermassive black hole binary in a quasar with optical periodicity Nature 518 7537 74 6 arXiv 1501 01375 Bibcode 2015Natur 518 74G doi 10 1038 nature14143 ISSN 0028 0836 PMID 25561176 B P Abbott et al LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration 2016 Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger Physical Review Letters 116 6 arXiv 1602 03837 Bibcode 2016PhRvL 116f1102A doi 10 1103 PhysRevLett 116 061102 More Evidence for Coming Black Hole Collision The New York Times Merritt David Milosavljevic Milos 2003 AIP Conference Proceedings American Institute of Physics 686 1 201 210 arXiv astro ph 0212270 Bibcode 2003AIPC 686 201M doi 10 1063 1 1629432 Arhiv originalu za 2 grudnya 2014 Merritt David 2013 Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei Princeton Princeton University Press ISBN 9780691121017 Castelvecchi Davide Witze Witze 11 lyutogo 2016 Einstein s gravitational waves found at last Nature News doi 10 1038 nature 2016 19361 Procitovano 11 lyutogo 2016 Gravitational waves detected 100 years after Einstein s prediction NSF National Science Foundation www nsf gov Procitovano 11 lyutogo 2016 Abbott Benjamin P 11 February 2016 Properties of the binary black hole merger GW150914 LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration arXiv 1602 03840 Bibcode 2016arXiv160203840T Kramer Sarah 11 lyutogo 2016 This collision was 50 times more powerful than all the stars in the universe combined Tech Insider Procitovano 12 lyutogo 2016 Hahn Susan G Lindquist Richard W 1964 The two body problem in geometrodynamics Annals of Physics 29 2 304 331 Bibcode 1964AnPhy 29 304H doi 10 1016 0003 4916 64 90223 4 ISSN 0003 4916 Smarr Larry Cadez Andrej DeWitt Bryce Eppley Kenneth 1976 Collision of two black holes Theoretical framework Physical Review D 14 10 2443 2452 Bibcode 1976PhRvD 14 2443S doi 10 1103 PhysRevD 14 2443 ISSN 0556 2821 Pretorius Frans 2005 Evolution of Binary Black Hole Spacetimes Physical Review Letters 95 12 arXiv gr qc 0507014 Bibcode 2005PhRvL 95l1101P doi 10 1103 PhysRevLett 95 121101 ISSN 0031 9007 Campanelli M Lousto C O Marronetti P Zlochower Y 2006 Accurate Evolutions of Orbiting Black Hole Binaries without Excision Physical Review Letters 96 11 arXiv gr qc 0511048 Bibcode 2006PhRvL 96k1101C doi 10 1103 PhysRevLett 96 111101 ISSN 0031 9007 Baker John G Centrella Joan Choi Dae Il Koppitz Michael van Meter James 2006 Gravitational Wave Extraction from an Inspiraling Configuration of Merging Black Holes Physical Review Letters 96 11 arXiv gr qc 0511103 Bibcode 2006PhRvL 96k1102B doi 10 1103 PhysRevLett 96 111102 ISSN 0031 9007 Nichols David A Yanbei Chen 1 veresnya 2011 Hybrid method for understanding black hole mergers Inspiralling case Physical Review D 85 4 044035 arXiv 1109 0081v1 Bibcode 2012PhRvD 85d4035N doi 10 1103 PhysRevD 85 044035 044035 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a archive date vimagaye archive url dovidka Thibault Cohen Michael I Jeffrey D Kaplan Mark A Scheel 11 zhovtnya 2011 On Toroidal Horizons in Binary Black Hole Inspirals Physical Review D 85 2 024031 arXiv 1110 1668v1 Bibcode 2012PhRvD 85b4031C doi 10 1103 PhysRevD 85 024031 Pietila Harri Heinamaki Pekka Mikkola Seppo Valtonen Mauri J 10 sichnya 1996 Anisotropic Gravitational Radiation In The Merger Of Black Holes Relativistic Astrophysics Conference CiteSeerX 10 1 1 51 2616 Campanelli Manuela Lousto Carlos Zlochower Yosef Merritt David 7 chervnya 2007 Maximum Gravitational Recoil Maximum Gravitational Recoil Lousto Carlos Zlochower Yosef 2 grudnya 2007 Hangup Kicks Still Larger Recoils by Partial Spin Orbit Alignment of Black Hole Binaries Hangup Kicks Still Larger Recoils by Partial Spin Orbit Alignment of Black Hole Binaries Pietila Harri Heinamaki Pekka Mikkola Seppo Valtonen Mauri J 1995 Anisotropic gravitational radiation in the problems of three and four black holes Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 62 4 377 394 Bibcode 1995CeMDA 62 377P doi 10 1007 BF00692287 CiteSeerX 10 1 1 51 2616 PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Podvijna chorna diraBinary Black Holes Orbit and Collide Merritt David Milosavljevic Milos 2005 Living Reviews in Relativity Max Planck Institut fur Gravitationsphysik 8 Arhiv originalu za 30 bereznya 2012 Procitovano 6 kvitnya 2016

Дата публікації:
Топ