Astronomia

Come possono le onde gravitazionali sfuggire alla gravità del buco nero?

Come possono le onde gravitazionali sfuggire alla gravità del buco nero?

So che nemmeno la luce può sfuggire alla gravità di un buco nero e la velocità della luce e le onde gravitazionali sono le stesse. Come possono solo le onde gravitazionali sfuggire alla sua gravità?


Vedo questa frase tutto il tempo, e devo dire che non mi piace molto perché è un pessimo termine improprio. Nove volte su dieci, quando qualcuno parla di un buco nero, lo descrive come un oggetto con una gravità così forte che "nemmeno la luce può sfuggire".

Tuttavia, questa affermazione non qualificata presenta un forte equivoco su cosa siano effettivamente i buchi neri e su come funzionano e non realizza altro che confondere gli astanti innocenti come te. La gravità di un buco nero non è né più né meno forte di qualsiasi altro oggetto nell'universo. I buchi neri non sono vuoti cosmici che usano le loro potenti forze gravitazionali per aspirare tutta la materia, la luce, ecc. In effetti, se sostituissi il nostro Sole con un buco nero esattamente della stessa massa, tutti i pianeti del nostro sistema andrebbero in giro. orbitando esattamente allo stesso modo e non noterebbe alcuna differenza (a parte l'estinzione di massa sulla Terra dovuta al fatto che non riceve più alcuna energia dal Sole).

Detto questo, dipingiamo un quadro migliore di cos'è un buco nero e di come funziona. Un buco nero è un ammasso di massa che è diventato così massiccio che la forza gravitazionale di quella massa su se stessa, cercando di unirla, in realtà fa collassare la massa in una singolarità. La singolarità è una regione puntiforme dello spazio in cui tutta la massa viene contenuta. Leggermente al di fuori di questa singolarità, la fisica diventa strana. Ad esempio, se ti trovi proprio accanto a questa singolarità e calcoli la velocità necessaria per allontanarti da quella singolarità (ad esempio, devi viaggiare ~11 km/s per allontanarti dalla Terra) trovi una velocità che è molto maggiore della velocità della luce. Questa è l'origine della frase "nemmeno la luce può sfuggire". Ma, se parti più lontano dalla singolarità, hai bisogno di meno velocità per sfuggirla perché senti meno attrazione gravitazionale da essa (la gravità diminuisce con la distanza). Ciò significa che, a una certa distanza dalla singolarità, la velocità della luce è effettivamente abbastanza veloce da sfuggire al buco nero. Questa distanza è così importante che gli scienziati le hanno dato un nome speciale, il orizzonte degli eventi. Può diventare molto più complicato della semplice immagine che ho dipinto sopra, ma questa è l'idea generale.

Se metti tutto insieme, allora questo ti dice che qualsiasi luce che è al di fuori dell'orizzonte degli eventi non ha problemi a sfuggire al buco nero. È solo la luce dentro questo orizzonte degli eventi che non può sfuggire. Allo stesso modo, qualsiasi onda gravitazionale al di fuori dell'orizzonte degli eventi può sfuggire altrettanto facilmente. Questo è ciò che intendeva la risposta di StephenG dicendo che erano "fuori" dal buco nero. Per esterno intendeva fuori dall'orizzonte degli eventi. Ed è vero che finché la creazione dell'onda gravitazionale avverrà al di fuori dell'orizzonte degli eventi, essa sfuggirà al buco nero.

E solo per riferimento delle dimensioni, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, che è 4.000.000 di volte più massiccio del nostro Sole, ha un orizzonte degli eventi che si estende solo per circa 10.000.000 km. Sarebbe appena fuori dall'orbita di Mercurio se fosse nella posizione del nostro Sole. Quindi puoi vedere, non è molto difficile essere al di fuori dell'orizzonte degli eventi poiché l'orizzonte degli eventi non è così grande in termini astronomici.


Le onde gravitazionali sono una distorsione dello spazio-tempo al di fuori del buco nero. Non devono scappare, perché sono già fuori.


Discussione: Le onde gravitazionali possono sfuggire da un buco nero?

Forse se è stato modellato con degenerazione matematica come singolo o multiplo triangolo degenere(S). Wikipedia aveva una pagina separata molti anni fa, ma la maggior parte dei dettagli sembra essere stata rimossa quando le pagine sono state unite perché la loro pagina Triangoli sembra non ne faccia menzione ora.

Google probabilmente lo descrive nel modo più semplice.

Pensa al trucco "pisello e tazza" in cui il pisello può viaggiare in linea retta ma tecnicamente è in 2 tazze contemporaneamente nel momento in cui viene trasferito dall'una all'altra.

Le onde gravitazionali emesse all'interno dell'orizzonte degli eventi non scapperanno - si propagheranno verso la singolarità.
Non puoi avere orizzonti degli eventi sovrapposti: l'orizzonte del buco nero supermassiccio si sposterà verso l'esterno per fondersi con gli orizzonti degli eventi dei buchi neri in caduta.

Questo è un po 'quello che immagino degli EH che si fondono (circa uguali in massa), sebbene la circolarità al confine sia probabilmente troppo circolare. [Dopotutto solo bolle.]

Presumo che la superficie del BH unito sarà inferiore alla somma dei due originali. È giusto? [Sono ancora curioso di sapere come affrontare questo drammatico cambiamento di entropia senza un tocco di violenza.]

Alcune forme molto interessanti appaiono durante una fusione di buchi neri. Pagina avanti e indietro qui, per esempio.
L'area della superficie dell'orizzonte degli eventi del buco nero finale può essere solo uguale o maggiore dell'area combinata degli orizzonti degli eventi dei buchi che si fondono - quanto maggiore dipende dalla massa persa nelle onde gravitazionali durante la fusione.

Sono interessanti e un po' sorprendenti nella loro struttura. Grazie.

È vero anche data la significativa perdita di massa in una fusione di BHs? Non vedo come l'EH netto non possa essere inferiore.

[Aggiunto: Non importa. L'avevo già capito dopo la scoperta di LIGO. La dimensione EH della massa solare 36 + massa solare 29 ha più che raddoppiato le dimensioni combinate originali. La 3 perdita di massa solare al GW lo ha ridotto solo del 9% circa.]

Ricorda che l'area dell'orizzonte degli eventi è proporzionale a M 2 . Se ignoriamo tutte le costanti, allora una coppia di buchi neri, ciascuno con massa 1, avrebbe un'area dell'orizzonte degli eventi combinata di 2. Ma se fuse senza perdite, avrebbero un'area dell'orizzonte degli eventi di 4.

Sì, ho provato a fare la correzione sopra prima che tu postassi.

Tuttavia, per quell'evento, la riduzione del 9% alla dimensione EH suggerisce che l'entropia è stata ridotta e questo è ancora difficile per me pensare che non sia stata generata più di una bella onda gravitazionale sinusoidale. L'abbassamento dell'entropia di un frigorifero produce un calore ancora maggiore. "Dov'è il caldo?" (un decollo di "Dov'è il manzo?" spot pubblicitari, che potresti non aver visto).

Non so perché lo pensi. C'è un grande aumento dell'area dell'orizzonte degli eventi dopo la fusione, che è un grande aumento dell'entropia.

Non so perché lo pensi. C'è un grande aumento dell'area dell'orizzonte degli eventi dopo la fusione, che è un grande aumento dell'entropia.

La radiazione gravitazionale viene emessa mentre i buchi neri si avvicinano l'uno all'altro, e mentre l'orizzonte degli eventi è asimmetrico (poiché l'orizzonte degli eventi a forma di arachide suona verso il basso verso la simmetria attorno all'asse di rotazione). Quindi la massa si perde sotto forma di radiazione gravitazionale prima, durante e dopo la fusione dell'orizzonte, ma non una volta che l'orizzonte degli eventi ha raggiunto la sua forma di equilibrio.

Ok, quindi immagino che un altro modo per dirlo sia che l'onda (perdita di massa) traspare mentre l'EH si sta allargando, e non come se ci fosse un ultimo sussulto sotto forma di un enorme impulso d'onda (evento di entropia inferiore). Logico, ma l'ho fatto per alcuni fuochi d'artificio. Oh beh, spiega meglio perché non ho mai avuto seguito con questo quando le notizie su LIGO hanno creato onde, per così dire. [Anche i miei giochi di parole fanno a malapena rumore. ]

Almeno le fusioni di neutroni sono più drammatiche, specialmente se i dischi di accrescimento sono significativi.

Grazie per la risposta ragazzi! Quindi per il mio piccolo esperimento mentale, sembrerebbe che la risposta sia che le onde gravitazionali saranno prodotte quando ogni BH attraversa l'orizzonte degli eventi del SMBH, ma non verranno emesse ulteriori onde gravitazionali quando i 2 BH si fondono all'interno dell'orizzonte degli eventi del grande SMBH.

La mia ragione per chiederlo è perché ovviamente possiamo ancora sentire la gravità della singolarità al di fuori dell'orizzonte degli eventi, quindi non ero sicuro che ciò significasse che anche le onde gravitazionali potessero uscire dall'orizzonte degli eventi.

Grazie per la risposta ragazzi! Quindi per il mio piccolo esperimento mentale, sembrerebbe che la risposta sia che le onde gravitazionali saranno prodotte quando ogni BH attraversa l'orizzonte degli eventi del SMBH, ma non verranno emesse ulteriori onde gravitazionali quando i 2 BH si fondono all'interno dell'orizzonte degli eventi del grande SMBH.

La mia ragione per chiederlo è perché ovviamente possiamo ancora sentire la gravità della singolarità al di fuori dell'orizzonte degli eventi, quindi non ero sicuro che ciò significasse che anche le onde gravitazionali potessero uscire dall'orizzonte degli eventi.

Bene, tieni presente che l'EH è il luogo in cui causalità e trasferimento di informazioni vanno a morire. IOW l'EH è di per sé, l'ultima forma possibile di informazione gravitazionale prima del cutoff: un segno di "nessuna uscita".

IMO chiedere se le informazioni trasmesse dalla gravità possono "passare" un EH è un po' come chiedere, la luce può riflettersi su un arcobaleno. Non inteso in modo sarcastico, è un confronto letterale. Gli arcobaleni sono un artefatto di luce e acqua. EH è un artefatto di informazione e gravità.


Usare le onde gravitazionali per catturare i buchi neri intergalattici in fuga

Quando due buchi neri girano intorno, emettono onde gravitazionali in modo altamente asimmetrico, il che porta a un'emissione netta di quantità di moto in una direzione preferenziale. Quando i buchi neri alla fine si scontrano, la conservazione della quantità di moto impartisce un rinculo, o un calcio, proprio come quando viene sparata una pistola. Se i buchi neri ruotano rapidamente in determinati orientamenti, la velocità del rinculo può raggiungere i 5.000 chilometri al secondo, superando facilmente la velocità di fuga anche delle galassie più massicce, inviando il residuo di buco nero risultante dalla fusione nello spazio intergalattico . Crediti immagine: SXS Lensing. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare e misurare uno degli eventi più potenti e misteriosi dell'universo: un buco nero che viene espulso dalla sua galassia ospite e nello spazio intergalattico a velocità fino a 5.000 chilometri al secondo (11 milioni di miglia orarie).

Il metodo, sviluppato da ricercatori dell'Università di Cambridge, potrebbe essere utilizzato per rilevare e misurare i cosiddetti buchi neri superkick, che si verificano quando due buchi neri supermassicci rotanti si scontrano l'uno con l'altro e il rinculo della collisione è così forte che il residuo della fusione del buco nero viene rimbalzato completamente fuori dalla sua galassia ospite. I loro risultati sono riportati nella rivista Physical Review Letters.

All'inizio di quest'anno, la collaborazione LIGO ha annunciato il primo rilevamento di onde gravitazionali e increspature nel tessuto dello spaziotempo e di un tratto proveniente dalla collisione di due buchi neri, confermando un'importante previsione della teoria della relatività generale di Einstein e segnando l'inizio di una nuova epoca in astronomia. Poiché la sensibilità dei rilevatori LIGO è migliorata, si prevede che verranno rilevate ancora più onde gravitazionali e il secondo rilevamento riuscito è stato annunciato a giugno.

Quando due buchi neri girano intorno, emettono onde gravitazionali in modo altamente asimmetrico, il che porta a un'emissione netta di quantità di moto in una direzione preferenziale. Quando i buchi neri alla fine si scontrano, la conservazione della quantità di moto impartisce un rinculo, o un calcio, proprio come quando viene sparata una pistola. Quando i due buchi neri non ruotano, la velocità del rinculo è di circa 170 chilometri al secondo. Ma quando i buchi neri ruotano rapidamente in determinati orientamenti, la velocità del rinculo può raggiungere i 5.000 chilometri al secondo, superando facilmente la velocità di fuga anche delle galassie più massicce, inviando il residuo di buco nero risultante dalla fusione in intergalattica. spazio.

I ricercatori di Cambridge hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare questi calci basato sul solo segnale dell'onda gravitazionale, utilizzando l'effetto Doppler. L'effetto Doppler è la ragione per cui il suono di un'auto che passa sembra diminuire di tono man mano che si allontana. È anche ampiamente utilizzato in astronomia: la radiazione elettromagnetica proveniente da oggetti che si allontanano dalla Terra viene spostata verso l'estremità rossa dello spettro, mentre la radiazione proveniente da oggetti che si avvicinano alla Terra viene spostata verso l'estremità blu dello spettro. Allo stesso modo, quando un buco nero ha una quantità di moto sufficiente, le onde gravitazionali che emette saranno spostate verso il rosso se è diretto lontano dalla Terra, mentre saranno spostate verso il blu se è diretto verso la Terra.

"Se siamo in grado di rilevare uno spostamento Doppler in un'onda gravitazionale dalla fusione di due buchi neri, quello che stiamo rilevando è un calcio di buco nero", ha detto il coautore dello studio Davide Gerosa, uno studente di dottorato di Cambridge Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica. “E rilevare un buco nero significherebbe osservare direttamente che le onde gravitazionali trasportano non solo energia, ma anche quantità di moto lineare.”

Rilevare questo effetto sfuggente richiede esperimenti di onde gravitazionali in grado di osservare le fusioni di buchi neri con altissima precisione. Non è possibile rilevare direttamente un buco nero utilizzando gli attuali rilevatori di onde gravitazionali terrestri, come quelli di LIGO. Tuttavia, secondo i ricercatori, il nuovo rilevatore di onde gravitazionali spaziale noto come eLISA, finanziato dall'Agenzia spaziale europea (ESA) e il cui lancio è previsto per il 2034, sarà abbastanza potente da rilevare molti di questi buchi neri in fuga. Nel 2015, l'ESA ha lanciato LISA Pathfinder, che sta testando con successo diverse tecnologie che potrebbero essere utilizzate per misurare le onde gravitazionali dallo spazio.

I ricercatori hanno scoperto che il rilevatore eLISA sarà particolarmente adatto a rilevare i calci del buco nero: sarà in grado di misurare i calci piccoli fino a 500 chilometri al secondo, così come i supercalci molto più veloci. Le misurazioni del calcio ci diranno di più sulle proprietà degli spin dei buchi neri e forniranno anche un modo diretto per misurare la quantità di moto trasportata dalle onde gravitazionali, che potrebbe portare a nuove opportunità per testare la relatività generale.

"Quando è stata annunciata la rilevazione delle onde gravitazionali, è iniziata una nuova era per l'astronomia, dal momento che ora possiamo effettivamente osservare due buchi neri che si fondono", ha detto il coautore dello studio Christopher Moore, uno studente di dottorato di Cambridge che è stato anche membro di il team che ha annunciato il rilevamento delle onde gravitazionali all'inizio di quest'anno. “Ora abbiamo due modi per rilevare i buchi neri, invece di uno solo &mdash è incredibile che solo pochi mesi fa non potessimo dirlo. E con il futuro lancio di nuovi rilevatori di onde gravitazionali spaziali, saremo in grado di osservare le onde gravitazionali su scala galattica, piuttosto che stellare.


Perché la gravità può "sfuggire" a un buco nero?

Per rispondere a questa domanda, iniziamo esaminando cos'è un buco nero.

Secondo la relatività generale, un buco nero si forma quando c'è tanto massa in un'area abbastanza piccola da deformare lo spazio-tempo al punto che nessun percorso nello spazio-tempo esiste per fuggire.

In altre parole, lo spazio stesso sta accelerando verso il centro del buco nero così rapidamente che avresti bisogno di viaggiare più velocemente della velocità della luce per fuggire. E nel mondo della relatività, viaggiare più velocemente della velocità della luce equivale ad essere in due posti contemporaneamente secondo alcuni osservatori, e viaggiare indietro nel tempo secondo altri.

Questo equivale a dire che c'è senza futuro in cui un oggetto lascia un buco nero dopo che vi è entrato. Può solo lasciarlo prima vi entra: un'affermazione ovviamente priva di senso. Non puoi viaggiare al di fuori di un buco nero più di quanto non puoi viaggiare fino a ieri.

Ed è per questo che la gravità non ha bisogno per sfuggire a un buco nero.

L'orizzonte degli eventi di un buco nero non è un muro che la gravità ha bisogno di sfondare per raggiungere l'esterno. È solo una linea immaginaria che tracciamo. Se sei all'interno di un buco nero, allora dall'altra parte di quella linea, lo spazio stesso sta accelerando lontano da te così rapidamente che non potresti mai raggiungerlo. È per sempre fuori portata.

La gravità non ha bisogno di sfuggire a un buco nero, perché la gravità è una proprietà emergente del comportamento dello spazio nelle aree locali. Lo spazio all'interno di un buco nero non ha bisogno di comunicare con lo spazio al di fuori di un buco nero affinché il processo funzioni.

Lo spazio continua a deformarsi mentre lo guidi verso il centro del buco nero, finché a un certo punto ti rendi conto che non si può tornare indietro.

Per un'introduzione alla relatività, dai un'occhiata al mio post sulla relatività per bambini. Per ulteriori informazioni sui buchi neri, vedi la mia discussione con il Dr. Caleb Scharf, o dai un'occhiata a ciò che il fisico Leonard Susskind ha da dire su di esso e sullo strano mondo della meccanica quantistica:

La guerra dei buchi neri: la mia battaglia con Stephen Hawking per rendere il mondo sicuro per la meccanica quantistica


Perché i buchi neri hanno gravità?

Ho appena finito di leggere "Krone Experiment" di Wheeler e mi ha fatto pensare.

Conosciamo tutti il ​​mantra "nulla può sfuggire a un buco nero, nemmeno la luce". Con la conferma di LIGO che le onde gravitazionali esistono e "nulla può sfuggire a un buco nero", come fa la gravità a sfuggire?

p.s. Ho intenzione di fare ricerche su questo, ma ho pensato di eliminare la domanda.

#2 Jim Davis

Perché la gravità non è influenzata dalla gravità.

Sappiamo che la luce è fatta di fotoni, ma non sappiamo di cosa sia fatta la gravità. La relatività generale descrive la gravità come una deformazione dello spazio. Quindi le onde gravitazionali sono onde nello "spazio". Quando mettiamo insieme una teoria quantistica della gravità, potremmo capire come funziona.

#3 Napp

Ciò che chiamiamo gravità è solo la deformazione dello spazio-tempo da parte della massa di un oggetto. Non è qualcosa emesso dal buco nero.

#4 Giochi Per Uno

Le "onde" che LIGO ha rilevato sono cambiamenti nella distanza tra gli oggetti che variano in modo ondulatorio. In altre parole, quando l'onda passa la distanza tra gli oggetti cambia con il tempo. Traccia la variazione della distanza rispetto al tempo e ottieni una forma d'onda.

È assurdo sapere che le distanze intorno a noi sono malleabili come un tessuto elastico, solo su una scala più piccola che non percepiamo.

Come dice Jim, noi no conoscere cosa porta quelle onde! Tutto ciò che vediamo è il risultato.

#5 Keith Richich

Perché la gravità non è influenzata dalla gravità.

Sappiamo che la luce è fatta di fotoni, ma non sappiamo di cosa sia fatta la gravità. La relatività generale descrive la gravità come una deformazione dello spazio. Quindi le onde gravitazionali sono onde nello "spazio". Quando mettiamo insieme una teoria quantistica della gravità, potremmo capire come funziona.

Ok, ho alcuni pensieri su questo, ma per ora ne affronterò solo uno.

Se sappiamo come funzionano i buchi (fondamentalmente) e sappiamo come influenzano le radiazioni EM, questo ci dice cosa non può essere la gravità?

#6 WarmWeather Guy

Non sappiamo come funziona la gravità. Un'idea proposta più di 300 anni fa (e da allora scartata) dice che ci sono particelle che si muovono ovunque nello spazio. Sono così piccoli, come i neutrini, che passano attraverso la materia come se fosse un setaccio. Sono così numerosi che ogni pezzo di materia ne viene continuamente bombardato da tutte le direzioni. Qui sulla Terra sarai colpito da più di questi dall'alto che dal basso. La gravità ti spinge verso la Terra. La Terra non ti tira.

Ecco la teoria su Wikipedia. La teoria della gravitazione di Le Sage

Se scorri verso il basso vedrai perché è stato scartato. Velocità di gravità.

È stato scartato perché se ti muovi rapidamente in una direzione, le particelle davanti a te ti colpiranno a una velocità maggiore di quelle che ti colpiscono da dietro. Questa teoria è stata scartata prima della teoria della relatività ristretta. Se queste particelle si muovono alla velocità della luce, allora ti colpiranno alla velocità c da dietro e da davanti, non importa quanto velocemente vai. Tuttavia, verrai colpito a una frequenza più alta, quindi potrebbe essere scartato per quello, suppongo.

Una conseguenza di questa idea è che c'è una quantità massima di gravità possibile. Se un buco nero blocca ognuna di queste particelle, l'aggiunta di più massa non gli farà avere più gravità a condizione che le dimensioni non crescano. Immagina di aver preso due terre e di schiacciarle insieme finché non hanno avuto le stesse dimensioni della Terra. Ti aspetteresti di pesare il doppio su quella doppia terra. Ma la densità sarebbe doppia e ci sarebbero particelle che non potrebbero bloccare queste particelle simili al neutrino perché un'altra particella lo ha già bloccato. Quindi ottieni rendimenti decrescenti in termini di aggiunta di massa per darti più gravità. Potresti pesare solo 1.9999999 volte invece di 2 volte su questo nuovo pianeta.

Mi chiedo se questo possa spiegare l'effetto Allais in cui un pendolo cambia la sua velocità di precessione durante un'eclissi totale. La gravità della Luna avrebbe meno effetto su di noi quando passa davanti al Sole perché non bloccherebbe tante di queste particelle da noi perché il Sole ne ha già bloccate alcune da quella direzione.


Sonda perfetta

Non solo saranno in grado di investigare buchi neri e strani oggetti noti come stelle di neutroni (soli giganti che sono collassati alle dimensioni di città), ma dovrebbero anche essere in grado di "guardare" molto più a fondo nell'Universo, e quindi più indietro nel tempo. Potrebbe anche essere possibile alla fine percepire il momento del Big Bang.

" Le onde gravitazionali attraversano tutto. Sono difficilmente influenzati da ciò che attraversano, e ciò significa che sono perfetti messaggeri", ha affermato il professor Bernard Schutz, dell'Università di Cardiff, nel Regno Unito.

"Le informazioni trasportate sull'onda gravitazionale sono esattamente le stesse di quando il sistema l'ha emessa e questo è insolito in astronomia. Non possiamo vedere la luce da intere regioni della nostra galassia a causa della polvere che si frappone, e non possiamo vedere la prima parte del Big Bang perché l'Universo era opaco alla luce prima di un certo tempo.

"Con le onde gravitazionali, ci aspettiamo di vedere alla fine il Big Bang stesso", ha detto alla BBC.

Inoltre, lo studio delle onde gravitazionali potrebbe in definitiva aiutare gli scienziati nella loro ricerca per risolvere alcuni dei più grandi problemi della fisica, come l'unificazione delle forze, che collega la teoria quantistica alla gravità.

Al momento, la Relatività Generale descrive tremendamente bene il cosmo su scale più grandi, ma è alle idee quantistiche che ricorriamo quando parliamo delle più piccole interazioni. Essere in grado di studiare i luoghi dell'Universo in cui la gravità è davvero estrema, come i buchi neri, può aprire la strada a un pensiero nuovo e più completo su questi temi.

  • Un laser viene alimentato nella macchina e il suo raggio viene diviso lungo due percorsi
  • I percorsi separati rimbalzano avanti e indietro tra specchi smorzati
  • Alla fine, le due parti luminose vengono ricombinate e inviate a un rilevatore
  • Le onde gravitazionali che attraversano il laboratorio dovrebbero disturbare l'allestimento
  • La teoria sostiene che dovrebbero allungarsi e spremere molto sottilmente il suo spazio
  • Questo dovrebbe mostrarsi come un cambiamento nelle lunghezze dei bracci di luce (verde)
  • Il fotorilevatore cattura questo segnale nel raggio ricombinato

Gli scienziati hanno cercato prove sperimentali per le onde gravitazionali per più di 40 anni.

Lo stesso Einstein pensava che un rilevamento potesse essere al di là della portata della tecnologia.

La sua teoria della Relatività Generale suggerisce che oggetti come stelle e pianeti possono deformare lo spazio intorno a loro - nello stesso modo in cui una palla da biliardo crea un tuffo quando viene posizionata su un foglio di gomma sottile e allungato.

La gravità è una conseguenza di tale distorsione: gli oggetti saranno attratti dallo spazio deformato nello stesso modo in cui un pisello cadrà nell'incavo creato dalla palla da biliardo.


Chiedi a Ethan: come fanno le onde gravitazionali a fuggire da un buco nero? (Sinossi)

"Penso che ci siano una serie di esperimenti che stanno pensando a come potresti guardare in diverse bande di frequenza e dare un'occhiata allo sfondo delle onde gravitazionali primordiali. Penso che sarebbe davvero rivoluzionario, perché sarebbe il tuo primo sguardo al primissimo istante del nostro Universo." -Dave Reitze, direttore esecutivo di LIGO

I buchi neri sono entità straordinarie che ci hanno sconcertato e affascinato da quando sono stati postulati per la prima volta molto prima che Einstein sviluppasse la sua teoria della relatività. Una delle loro proprietà fondamentali ma bizzarre è il fatto che una volta che qualcosa attraversa o finisce all'interno dell'orizzonte degli eventi, non solo non può mai sfuggire, ma si dirige inevitabilmente verso la singolarità centrale. A quel punto, le uniche “informazioni” sulla singolarità sono la sua massa, carica (di vario tipo) e spin.

Illustrazione di un buco nero e del suo disco di accrescimento circostante, in accelerazione e in caduta. La singolarità è nascosta dietro l'orizzonte degli eventi. Credito immagine: NASA.

Tuttavia, quando due buchi neri si sono uniti insieme, come visto più volte da LIGO, la massa del buco nero finale era di circa il 5% inferiore alla somma delle masse dei due progenitori dei buchi neri. Se nulla di massiccio o senza massa può sfuggire attraverso l'orizzonte degli eventi, come è uscita questa energia?

Qualsiasi oggetto o forma, fisica o non fisica, sarebbe distorta al passaggio delle onde gravitazionali. Nota come non vengono mai emesse onde dall'interno dell'orizzonte degli eventi del buco nero. Credito immagine: NASA/Ames Research Center/C. Henze.

Più come questo

Ho una domanda su altri osservabili di fusione. Se fossimo così fortunati da poter osservare una fusione da vicino (diciamo un anno luce), con grandi telescopi, potremmo vedere qualcosa di diverso dalle onde gravitazionali? Presumo che nessuno dei due abbia un disco di accrescimento, anche se questo caso potrebbe essere interessante.

Nel caso del milione di massa solare contro 1, quanta massa viene "persa"?

Abbiamo anche un caso finale che definirei mira perfetta, cioè i due centri di massa BH sono diretti l'uno verso l'altro (cioè movimento angolare zero). Piuttosto che spiraleggiare, si fondono il più velocemente possibile.

Solo per quanto riguarda l'hardware / la misurazione,
Perché LIGO abbia fatto la scoperta che affermano, gran parte della teoria utilizzata per supportare tale affermazione non può essere vera.
In realtà non c'erano buchi neri in orbita effettivamente rilevati/osservati. C'era semplicemente un modello composto da ciò che immaginavano come sarebbe stato il segnale di una cosa del genere, proprio come i buchi neri colorati CGI e le rappresentazioni dello spazio-tempo che Ethan preferisce per decorare il suo blog. Non hanno nemmeno rilevato prima i loro presunti buchi neri circolari da cui ottenere un modello di segnale, ne hanno inventato uno. Un programma per computer ha quindi cercato di trovare una stretta corrispondenza tra un segnale molto elaborato (manipolato) e un elenco di modelli immaginari. Per elaborare il segnale come affermato, gli scienziati avrebbero dovuto sapere quale fosse la causa di TUTTE le altre fonti di rumore/vibrazione ecc. con un livello di precisione maggiore di 0,004 il diametro di un protone misurato da un dispositivo lungo quasi quattro chilometri , situato sulla faccia di un pianeta tettonicamente attivo densamente popolato. Possiamo attualmente farlo con questo livello di precisione con un tale rapporto segnale/rumore? No. Non puoi nemmeno sottrarre il calore di fondo (di cui siamo a conoscenza) da una misurazione da un dispositivo lungo 4 km fino al livello inferiore a un protone e tanto meno tutto il resto (di cui non siamo a conoscenza) . È vero che puoi fare in modo che il tuo algoritmo di elaborazione esegua estrapolazioni (ipotesi) se lo desideri, ma così facendo introduci ancora più distorsioni nella tua misurazione che ora è composta più da ipotesi del computer che da dati reali.
.
Anche dal punto di vista teorico ci sono molti problemi.
Le "onde" di gravità o alcune particelle intermedie come i "gravitoni" non sono compatibili con GR. GR afferma che la gravità È la curvatura dello spazio-tempo dovuta alla massa/energia. La matematica curva rende lo spazio curvo, e basta, non c'è altro meccanismo, è solo una tautologia. Non ci sono nemmeno forze trasportate per gravità in GR come ci sono nelle equazioni gravitazionali di Newton. Non c'è etere o particella di fondo in GR per essere un'onda di qualcosa. Il calcolo tensoriale in GR non ha alcun meccanismo con il quale può allungare o comprimere lo spazio a meno di un vigoroso gesto della mano. Non ci sono nemmeno "increspature" nello spazio-tempo per trasmettere tali compressioni spaziali momentanee che effettuano la materia come affermato da LIGO, perché non c'è movimento nello spazio-tempo, non è possibile (a meno che tu non stia metafisicamente eludendo nel metatempo spostando il tuo punto di osservazione circa) poiché la variabile tempo è già stata compressa nella geometria spaziale dello spazio-tempo stesso, non puoi fingere di poterla estrarre e far muovere le cose all'interno della matematica. spazio quando quel grado di libertà è andato.
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È mio forte sospetto che LIGO (proprio come BICEP2) alla fine dovrà ritrattare o allontanarsi lentamente dalle sue affermazioni iniziali di scoperta dovute in gran parte in parte al fatto che l'intero esperimento è un costoso esercizio di distorsione di conferma. Prima di affilare i coltelli e il ridicolo mi viene lanciato per il mio scetticismo, qualche prospettiva per favore, qualcuno ricorda poco tempo fa "il rilevamento è al livello 5-7 sigma, quindi c'è meno di una possibilità su due milioni che sia un evento casuale" che BICEP2 sosteneva? La maggior parte di voi voleva che BICEP2 fosse vero e, basandosi sull'esperienza passata con questo blog, probabilmente ha ridicolizzato coloro che non condividevano la vostra convinzione entusiasta. Come ha funzionato? Credi davvero che abbiamo avuto fortuna con quella possibilità su due milioni?
.

Solo per quanto riguarda l'hardware / la misurazione,
Perché LIGO abbia fatto la scoperta che affermano, gran parte della teoria utilizzata per supportare tale affermazione non può essere vera.
[. ]
Anche dal punto di vista teorico ci sono molti problemi.

Grazie al cielo hai separato le tre estremità e i lati delle cose per tutti.

Il sarcasmo non è un argomento. Stavo sottolineando che anche per amor di discussione, se LIGO potesse effettivamente rilevare "onde gravitazionali" o rilevare che la materia veniva effettivamente compressa e allungata dalla gravità in un modo non rivelato, GR non sarebbe in grado di spiegare l'osservazione per la natura stessa di quello che dici di osservare. Se vuoi che le onde di gravità si muovano e trasmettano forze fisiche nella tua teoria, non puoi avere anche GR.

È un modo di affrontare le cose quando qualcuno è così palesemente pieno di sé e pieno di merda.

Stavo sottolineando che anche per amor di discussione, se LIGO potesse effettivamente rilevare "onde gravitazionali" o rilevare che la materia veniva effettivamente compressa e allungata dalla gravità in un modo non rivelato, GR non sarebbe in grado di spiegare l'osservazione per la natura stessa di quello che dici di osservare.

Il calcolo tensoriale in GR non ha alcun meccanismo con il quale può allungare o comprimere lo spazio a meno di un vigoroso gesto della mano.

Sbagliato. La distanza corretta può essere ben definita nello spaziotempo localmente piatto. Non ti guiderò attraverso la derivazione della soluzione ondulatoria e la riduzione a due gradi di libertà fisici, che possono essere trovati in molte spiegazioni introduttive. Suggerimento: non coinvolge tanto il "calcolo tensoriale" quanto l'algebra.

La maggior parte di voi voleva che BICEP2 fosse vero

Come è stato sottolineato l'ultima volta che qualcuno ha tirato fuori questa routine, BICEP2 ha tutto a che fare con il rilevamento di LIGO. Which reminds me:

and based on past experience with this blog, probably ridiculed those who didn’t share your enthusiastic conviction.

You're starting to sound awfully familiar.

"Sarcasm is not an argument."

However your posts are too incoherent to be argued against, since rational discourse can't work when you are busy being irrational.

Mockery is the only answer to an incoherent ramble, and incoherent is your only stock in trade.

In hard fact there were no orbiting black holes actually detected/observed. There was merely a template made up of what they imagined what the signal of such a thing would be like,

Oh not this again. We could make that same statement about most of science. We don't observe individual atoms using AF microscopy, we merely have a template of what a signal from atoms would be like (and we observe that signal instead). We don't observe the EM force, we merely have a template of what a signal from an EM force would be like (and we observe that signal instead). We don't observe brain activity, we merely have a template of what a signal of brain activity might look like (and we observe that signal instead). For that matter, I don't have any direct evidence of you. I merely have a template made up of what I imagine a signal from another person looks like.

That's what science is, CFT: taking an hypothesis, analyzing what signals we would see in the world if that hypothesis were true, and going and looking at/for those signals. When such predictions come true, the hypothesis is considered more confirmed. When the observations don't match, the hypothesis is undermined. But in many many cases, we don't actually directly observe the hypothesized law of nature or phenomena, we simply observe some effect we predict it will have on the observable world (in fact, we never "directly observe" a law of nature, we only observe how objects interact).

I have to ask - are you a creationist or did you get your science education from a private religious school? Because those folks are very into 'Baconian' science. They stress the value of direct observation over indirect observations, and they generally think grand theory making should be avoided when at all possible. You sound a lot like them. Is that your background?

They stress the value of direct observation over indirect observations

Then again, LIGO was a direct observation. CFT seems to have departed, but if the proper-distance approach is unsatisfying, one is still stuck with proper time. It's linearized GR with a TT gauge, and it's just fine. The coordinates do not need to change for the effect to be detectable.

Then again, LIGO was a direct observation

I think he was saying it's not a direct observation of BH merger. Yes its a direct observation of gravitational waves, but those could (in theory) come from some other phenomenon. That's true. but that's always technically true in science there can always be another explanation. That's just Hume's problem of induction. Which scientists don't typically worry about, and which is particularly dismissable when someone is only using it selectively against the hypotheses and theories they don't like.

Aye, Zeus could have made LIGO wobble.

Nobody made it Zeus proof. Or looked to see he wasn't there.

I think he was saying it’s not a direct observation of BH merger.

Ah. I may have paid too much attention to the scare quotes used for "gravitational waves." Thanks.

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17 Answers 17

There are some good answers here already but I hope this is a nice short summary:

Electromagnetic radiation cannot escape a black hole, because it travels at the speed of light. Similarly, gravitational radiation cannot escape a black hole either, because it too travels at the speed of light. If gravitational radiation could escape, you could theoretically use it to send a signal from the inside of the black hole to the outside, which is forbidden.

A black hole, however, can have an electric charge, which means there is an electric field around it. This is not a paradox because a static electric field is different from electromagnetic radiation. Similarly, a black hole has a mass, so it has a gravitational field around it. This is not a paradox either because a gravitational field is different from gravitational radiation.

You say the gravitational field carries information about the amount of mass (actually energy) inside, but that does not give a way for someone inside to send a signal to the outside, because to do so they would have to create or destroy energy, which is impossible. Thus there is no paradox.

Well, the information doesn't have to escape from inside the horizon, because it is not inside. The information is on the horizon.

One way to see that, is from the fact that nothing ever crosses the horizon from the perspective of an observer outside the horizon of a black hole. It asymptotically gets to the horizon in infinite time (as it is measured from the perspective of an observer at infinity).

Another way to see that, is the fact that you can get all the information you need from the boundary conditions on the horizon to describe the space-time outside, but that is something more technical.

Finally, since classical GR is a geometrical theory and not a quantum field theory*, gravitons is not the appropriate way to describe it.

*To clarify this point, GR can admit a description in the framework of gauge theories like the theory of electromagnetism. But even though electromagnetism can admit a second quantization (and be described as a QFT), GR can't.

Let's get something out of the way: let's agree not to bring gravitons into this answer. The rationale is simple: when you talk about gravitons you imply a whole lot of things about quantum phenomena, none of which is really necessary to answer your main question. In any case, gravitons propagate with the very same speed as photons: the speed of light, $c$. This way we can focus simply in Classical GR, ie, the Differential Geometry of Spacetime: this is more than enough to address your question.

In this setting, GR is a theory that says how much curvature a space "suffers" given a certain amount of mass (or energy, cf Stress-Energy Tensor).

A Black Hole is a region of spacetime that has such an intense curvature that it "pinches out" a certain region of spacetime.

In this sense, it's not too bad to understand what's going on: if you can measure the curvature of spacetime, you can definitely tell whether or not you're moving towards a region of increasing curvature (ie, towards a block hole).

This is exactly what's done: one measures the curvature of spacetime and that's enough: at some point, the curvature is so intense that the light-cones are "flipped". At that exact point, you define the Event Horizon, ie, that region of spacetime where causality is affected by the curvature of spacetime.

This is how you make a map of spacetime and can chart black holes. Given that curvature is proportional to gravitational attraction, this sequence of ideas completely addresses your doubt: you don't have anything coming out of the black hole, nor anything like that. All you need is to chart the curvature of spacetime, measuring what happens to your light-cone structure. Then, you find your Event Horizon and, thus, your black hole. This way you got all the information you need, without having anything coming out of the black hole.

The problem here is a misunderstanding of what a particle is in QFT.

A particle is an excitation of a field, not the field itself. In QED, if you set up a static central charge, and leave it there a very long time, it sets up a field $E=k$. No photons. When another charge enters that region, it feels that force. Now, that second charge will scatter and accelerate, and there, you will have a $e^<->->e^<->+gamma$ reaction due to that acceleration, (classically, the waves created by having a disturbance in the EM field) but you will not have a photon exchange with the central charge, at least not until it feels the field set up by our first charge, which will happen at some later time.

Now, consider the black hole. It is a static solution of Einstein's equations, sitting there happily. When it is intruded upon by a test mass, it already has set up its field. So, when something scatters off of it, it moves along the field set up by the black hole. Now, it will accelerate, and perhaps, "radiate a graviton", but the black hole will only feel that after the test particle's radiation field enters the black hole horizon, which it may do freely. But nowhere in this process, does a particle leave the black hole horizon.

Another example of why the naïve notion of all forces coming from a Feynman diagram with two pairs of legs is the Higgs boson&mdashthe entire universe is immersed in a nonzero Higgs field. But we only talk about the 'creation' of Higgs 'particles' when we disturb the Higgs field enough to create ripples in the Higgs field&mdashHiggs waves. quelli are the Higgs particles we're looking for in the LHC. You don't need ripples in the gravitational field to explain why a planet orbits a black hole. You just need the field to have a certain distribution.

I think it's helpful to think about the related question of how the electric field gets out of a charged black hole. That question came up in the (now-defunct) Q&A section of the American Journal of Physics back in the 1990s. Matt McIrvin and I wrote up an answer that was published in the journal. You can see it at https://facultystaff.richmond.edu/

As others have pointed out, it's easier to think about the question in purely classical terms (avoiding any mention of photons or gravitons), although in the case of the electric field of a charged black hole the question is perfectly well-posed even in quantum terms: we don't have a theory of quantum gravity at the moment, but we do think we understand quantum electrodynamics in curved spacetime.

While in many ways the question was already answered, I think it should be emphasized that on the classical level, the question is in some sense backwards. The prior discussion of static and dynamic properties especially comes very close.

Let's first examine a toy model of a spherically-symmetric thin shell of dust particles collapsing into a Schwarzschild black hole. The spacetime outside of the shell will then also be Schwarzschild, but with a larger mass parameter than the original black hole (if the shell starts at rest at infinity, then just the sum of the two). Intuitively, the situation is analogous to Newton's shell theorem, which a more limited analogue in GTR. At some point, it crosses the horizon and eventually gets crushed out of existence at the singularity, the black hole now gaining mass.

So we have the following picture: as the shell collapses, the external gravitational field takes on some value, and as it crossed the horizon, the information about what it's doing can't get out the horizon. Therefore, the gravitational field can't change in response to the shell's further behavior, for this would send a signal across the horizon, e.g., a person riding along with the shell would be able to communicate across it by manipulating the shell.

Therefore, rather than gravity having a special property that enables it to cross the horizon, in a certain sense gravity can't cross the horizon, and it is that very property that forces gravity outside of it to remain the same.

Although the above answer assumed a black hole already, that doesn't matter at all, as for a spherically collapsing star the event horizon begins at the center and stretches out during the collapse (for the prior situation, it also expands to meet the shell). It also assumes that the situation has spherical symmetry, but this also turns out to not be conceptually important, although for far more complicated and unobvious reasons. Most notably, the theorems of Penrose and Hawking, as it was initially thought by some (or perhaps I should say hoped) that any perturbation from spherical symmetry would prevent black hole formation.

You may also be wondering about a related question: if the Schwarzschild solution of GTR is a vacuum, does it make sense for a vacuum to bend spacetime? The situation is somewhat analogous to a simpler one from classical electromagnetism. Maxwell's equations dictate how the electric and magnetic fields change in response to the presence and motion of electric charges, but the charges alone do not determine the field, as you can always have a wave come in from infinity without any contradictions (or something more exotic, like an everywhere-constant magnetic field), and in practice these things are dictated by boundary conditions. The situation is similar in GTR, where the Einstein field equation that dictates how geometry are connected only fixes half of the twenty degrees of freedom of spacetime curvature.


Black hole bombshell: Gravitational wave echoes may prove Stephen Hawking theory correct

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Messier 87: A look at the black hole jet in the galaxy

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Gravitational wave echoes suggest a black hole&rsquos event horizon may be more extreme than thought. University of Waterloo research reports the first tentative detection of these echoes is caused by a microscopic quantum &ldquofuzz&rdquo surrounding newly-formed black holes.

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Gravitational waves are ripples in the fabric of space-time.

Stephen Hawking used quantum mechanics to predict that quantum particles will slowly leak out of black holes

Professor Niayesh Afshordi

These are caused by the collision of enormous but compact entities in space, such as black holes and neutron stars.

Niayesh Afshordi, a physics and astronomy professor at Waterloo, said: &ldquoAccording to Einstein&rsquos Theory of General Relativity, nothing can escape from the gravity of a black hole once it has passed a point of no return, known as the event horizon.

&ldquoThis was scientists&rsquo understanding for a long time until Stephen Hawking used quantum mechanics to predict that quantum particles will slowly leak out of black holes, which we now call Hawking radiation.

Black hole news: Gravitational wave echoes suggest a black hole&rsquos event horizon may be more extreme (Image: Getty)

Black hole news: Gravitational waves are ripples in the fabric of space-time (Image: Express)

&ldquoScientists have been unable to experimentally determine if any matter is escaping black holes until the very recent detection of gravitational waves.

&ldquoIf the quantum fuzz responsible for Hawking radiation does exist around black holes, gravitational waves could bounce off of it, which would create smaller gravitational wave signals following the main gravitational collision event, similar to repeating echoes.&rdquo

Professor Afshordi and his co-author Dr Jahed Abedi from the Max Planck Institute for Gravitational Physics have reported the first tentative findings of these repeating echoes.

The news provides experimental evidence black holes may be radically different from what Einstein&rsquos Theory of Relativity predicts, and lack event horizons.

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The researchers used gravitational wave data from the first observation of a neutron star collision, recorded by the LIGO and Virgo gravitational wave detectors.

The echoes observed by Professor Afshordi and Dr Abedi match the simulated echoes predicted by models of black holes that account for the effects of quantum mechanics and Hawking radiation.

The study&rsquos co-authors wrote: &ldquoOur results are still tentative because there is a very small chance that what we see is due to random noise in the detectors, but this chance becomes less likely as we find more examples.

Black hole news: Black holes may be radically different from what Einstein&rsquos Theory of Relativity predicts (Image: Getty)

Black hole news: The researchers used gravitational wave data from the first observation of a neutron star collision (Image: Getty )

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&ldquoNow that scientists know what we&rsquore looking for, we can look for more examples, and have a much more robust confirmation of these signals.

&ldquoSuch a confirmation would be the first direct probe of the quantum structure of space-time.&rdquo

The study Echoes from the Abyss: A highly spinning black hole remnant for the binary neutron star merger GW170817 was published in the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics in November.


Gravitational Waves Could Collide Sucking Earth Into a Black Hole

Ever wondered how the world might end? According to physicists, one unnerving possibility could involve Earth being swallowed up by a black hole created by freak gravitational waves.

Gravitational waves are invisible ripples in space that travel at the speed of light. The most powerful of these waves occur when objects move very quickly, for instance when two big stars orbit each other or two black holes orbit one another and merge. Such waves are often compared to the circular ripples that emerge when a stone is dropped in water.

However, if a particle or object travels at the speed of light, flat gravitational waves can result.

So, what would happen if these waves ran into each other? Scientists at Princeton University and the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Ontario, set out to answer this question using numerical solutions of the Einstein equations. These 10 equations detail Albert Einstein's general theory of relativity.

The findings published in the journal General Relativity and Quantum Cosmology indicate that if the waves were big enough, such as collision could create a black hole: an area of space with such a strong gravitational field that even light can't escape from it.

The physicists believe such a freak gravitational wave could be powerful enough to tangle space-time. That in turn could create a black hole. The resulting black hole could swallow up 85 percent of the wave's energy, while some of the lingering ripples would orbit the hole forever.

Frans Pretorius, study co-author and a professor of physics at Princeton University, told New Scientist: "These particles have a lot of energy and produce curvature in space-time, and when the waves collide, that curvature wraps in on itself. Space-time is sort of sucking itself into a black hole."

Reassuringly, however, if small waves collided they would likely cross each other and dissipate.

Dr. David Garfinkle, a professor in the department of physics at Oakland University in Michigan, told New Scientist nothing in the known universe exists that could cause plane-fronted waves to form a black hole.

The researchers believe the methods used in their study could help to solve other problems relating to strong field gravity and cosmology that involve particle distributions of matter.

Earlier this year, astronomers found the fastest-growing black hole ever. It ate up a mass equaling that of the sun's every two days. The black hole grew at 1 percent every million years, 12 billion years ago.

"We don't know how this one grew so large, so quickly in the early days of the Universe," Christian Wolf, an astronomer at the Australian National University (ANU), said in a statement. "The hunt is on to find even faster growing black holes."

Wolf continued: "This black hole is growing so rapidly that it's shining thousands of times more brightly than an entire galaxy, due to all of the gases it sucks in daily that cause lots of friction and heat."


Guarda il video: Գրավիտացիոն ալիքներ: Էյնշտեյնը ճիշտ էր. LIGO (Gennaio 2022).