Eine abstrakte Darstellung eines aktiven Schwarzen Lochs. Elen11 / iStock
Manchmal entsperrt sich die Natur, wenn wir die Art und Weise untersuchen, wie wir sie betrachten.
Schwarze Löcher bleiben ein Brennpunkt für kosmische Mysterien, von denen eines die Frage stellt: Warum besitzen Schwarze Löcher häufig mehr Masse als ursprünglich vorhergesagt?Lochwachstum könnte laut einer aktuellen Studie „kosmologisch gekoppelt“ mit der Expansion des gesamten Universums seinveröffentlicht in der ZeitschriftAstrophysikalische Zeitschriftenbriefe.
Und dies könnte Gravitationswellen-Observatorien, einschließlich zukünftiger, die in den Weltraum starten werden, eine größere Empfindlichkeit verleihen.
Schwarze Löcher und das Geheimnis der überschüssigen Masse
Im Jahr 2015 entdeckte die LIGO-Anlage zum ersten Mal Gravitationswellen. Gravitationswellen sind buchstäbliche Wellen, die durch das zugrunde liegende Gefüge der Raumzeit rasen und durch skrupellos heftige Ereignisse im Universum erzeugt werden, wie die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher zu einemAstronomen wissen, wie man den Datenfluss dieser Wellen umkehrt, um ihren Weg in der Zeit zurückzuverfolgen und die Massen von zu berechnen.die beiden kosmischen Monster, die sich verschmolzen. Und als sie es taten, geschah etwas Seltsames. Die am häufigsten vorkommenden schwarzen Löcher im Universum, die das Team erwartete, waren für die meisten Verschmelzungen verantwortlich, sind solche mit Massen, die mit der Masse der Sonne vergleichbar sind, genanntstellaren Schwarzen Löchern. Das ist ungefähr die 30-fache Masse unseres Wirtssterns, aber das LIGO-Team identifizierte mehrere Schwarze Löcher mit Massen, die diese weit überstiegen. Die massereichste jemals beobachtete Kollision fand zwischen zwei Schwarzen Löchern mit Massen zwischen 65 und 85 Sonnen statt.
Das ist mehr als das Doppelte bis fast Dreifache der Sonnenmasse, viel höher als erwartet. Aber wie kam es dazu? Die konventionelle Erklärung besagt, dass sie groß wurden, indem sie unvorstellbare Mengen an Materie wie Gas, Staub, ganze Sterne,oder sogar andere Schwarze Löcher. Aber die neue Studie der Forscher hat sich eine andere, wildere Erklärung ausgedacht: Die Massen von Schwarzen Löchern könnten mit dem Universum wachsen, in einem Phänomen, das das Forscherteam kosmologische Kopplung nennt.und die Forscher der neuen Studie sind nicht die ersten, die sich mit dieser Idee befassen. Einsteins Relativitätstheorie impliziert diese Möglichkeit, und Tatsache ist, dass Licht in gewisser Weise bereits kosmologisch gekoppelt ist.
Kosmologische Kopplung könnte die Empfindlichkeit zukünftiger Gravitationswellen-Observatorien erhöhen
Licht verliert nämlich Energie, wenn das Universum wächst, was diese Expansion wie eine Rückkopplungsschleife verstärkt. "Wir dachten, den gegenteiligen Effekt zu berücksichtigen", sagte Duncan Farrah, Co-Autor der Studie, in aNeuer Atlas Bericht. "Was würde LIGO-Jungfrau beobachten, wenn Schwarze Löcher kosmologisch gekoppelt wären und Energie gewinnen würden, ohne andere Sterne oder Gas verbrauchen zu müssen?"kosmische Expansion zu berücksichtigen. Dies war üblich, um die Mathematik zu vereinfachen, aber die Forscher vermuteten, dass dies die Auswirkungen der kosmologischen Kopplung verschleiern könnte. Dies inspirierte sie zu Simulationen, die die Expansion des Universums einschlossen.
Die Forscher simulierten Millionen von Doppelsternsystemen während ihres gesamten Lebens, von der Geburt bis zum Tod und der Umwandlung in Schwarze Löcher. Und da diese Schwarzen Löcher mit verbunden waren das der kosmologischen Expansion inhärente Wachstum, sie wurden im Laufe der Äonen noch massiver und drehten sich spiralförmig nach innen, bis das Paar in einer katastrophalen Kollision verschmolz. Diese Entdeckung könnte dazu beitragen, dass Testverfahren für Gravitationswellen-Observatorien eine höhere Empfindlichkeit gegenüber zukünftigen Ereignissen erreichen, und dasselbe für neue Gravitationsobservatorien wie LISA die vielleicht eine bessere Chance im Weltraum hat, noch um sich der Jagd nach diesen gigantischen kosmischen Wellen anzuschließen. Es ist eine aufregende Zeit, das Universum zu betrachten.