Как гравитационните вълни могат да „виждат“ вътре в черните дупки?
Черните дупки са едни от най-енигматичните обекти във Вселената. Това частично се дължи на обстоятелството, че уравненията на общата доктрина на относителността, които използваме, с цел да ги разберем, се разпадат, когато учим свръхплътните центрове на черните дупки.
Въпреки това, нов документ демонстрира по какъв начин астрономите биха могли един ден да преодолеят това предизвикателство, като употребяват гравитационни талази, с цел да „ видят “ вътрешността на сливащи се черни дупки и да научат от какво в действителност са направени.
В общата доктрина на относителността на Айнщайн черните дупки са обекти, които пречат на светлината да избяга заради тяхната извънредно мощна гравитация. Границата на черна дупка е известна като небосвод на събитията – в случай че преминете оттатък този предел, в никакъв случай няма да излезете. Относителността също по този начин предсказва, че центровете на черните дупки са точки с безпределно висока компактност, известни като сингулярности. Наличието на сингулярности значи, че самите уравнения се разпадат; в математиката стартират да се появяват безкрайности, които предотвратяват по-нататъшни калкулации. Знаем, че общата доктрина на относителността е непълна. Трябва да има по-фундаментална доктрина, евентуално обвързвана с квантовата физика на субатомните мащаби, която може вярно да опише какво се случва в центъра на черна дупка.
Все още нямаме цялостна квантова доктрина на гравитацията, само че имаме няколко претенденти. Например, има доктрина на струните, която предсказва, че всички частици във Вселената в действителност са направени от ултра дребни вибриращи струни. Има и примкова квантова гравитация, която споделя, че самото пространство-време е направено от дребни, неделими части като пиксели на компютърен екран.
И двата метода могат да заменят обичайна сингулярност в центъра на черна дупка с нещо друго. Но когато заместите сингулярността, нормално елиминирате и хоризонта на събитията. Това е по този начин, тъй като хоризонтът на събитията е породен от безкрайното гравитационно привличане на сингулярността. Без сингулярността, гравитационното привличане е просто необикновено мощно, само че не безпределно, тъй че постоянно сте в положение да избягате от близостта на черна дупка, стига да бягате с задоволителна скорост.
В някои разновидности на струнната доктрина сингулярността и хоризонтите на събитията са сменени от преплетени мрежи от заплетени възли на пространство-времето. В примковата квантова гравитация сингулярността се трансформира в някакъв извънредно дребен, извънредно компактен пай екзотична материя. В други модели цялата черна дупка е сменена от тънка обвивка от материя или от купчини от нови типове спекулативни частици.
С най-близките известни черни дупки на хиляди светлинни години е мъчно да се тестват тези модели. Но от време на време черните дупки ни изпращат значима информация, изключително когато се сливат дружно. Когато го създадат, те освобождават потоци от гравитационни талази, които са талази в пространство-времето, които могат да бъдат открити с чувствителни принадлежности на Земята като Лазерната интерферометърна гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) и опитите VIRGO.
Досега всички наблюдения на сливането на черни дупки са съгласно модела на черна дупка, предсказан от общата доктрина на относителността. Но това може да се промени в бъдеще, когато новите генерации обсерватории за гравитационни талази се появят онлайн, допуска документ, оповестен на 30 ноември в списанието за предпечат arXiv.
Ключът не са гравитационните талази, предавани по време на самото обединение, а тези, предавани незабавно по-късно, съгласно документа. Когато сливането завърши и двете черни дупки станат един обект, новата слята маса вибрира с интензивно количество сила, като ударена камбана. Тази фаза на „ звънене “ има отчетлива гравитационна вълна.
Чрез проучване на тези подписи, откривателите може един ден да са в положение да кажат кои теории за черните дупки устоят и кои не. Всеки модел на черна дупка предсказва разликите в гравитационните талази, предавани по време на етапа на обединение, които произтичат от разликите във вътрешната конструкция на черната дупка.
С разнообразни структури на черни дупки излизат разнообразни типове гравитационни талази. Астрономите се надяват, че идващото потомство детектори за гравитационни талази ще бъдат задоволително чувствителни, с цел да открият тези планувани дребни промени в сигнатурата на пръстена. Ако го създадат, те коренно ще трансформират визията ни за черните дупки и ще ни придвижат напред в разплитането на най-дълбоките им мистерии.
