Berbilion tahun yang lalu, dua lubang hitam lebih besar daripada Matahari - 31 dan 19 jisim suria masing-masing - bergabung bersama di galaksi yang jauh. Pada 4 Januari 2017, gelombang graviti ini, yang melalui Alam Semesta dengan kelajuan cahaya, akhirnya sampai di Bumi, di mana mereka memerah dan meregangkan planet kita menjadi beberapa atom. Ini cukup untuk kedua pengesan LIGO di Washington DC dan Louisiana untuk mengambil isyarat dan membina semula apa yang berlaku. Untuk ketiga kalinya dalam sejarah, kita secara langsung melihat gelombang graviti. Sementara itu, teleskop dan observatorium di seluruh dunia, termasuk di orbit Bumi, mencari isyarat yang sama sekali berbeza: sesuatu seperti cahaya atau radiasi elektromagnetik yang dapat dikeluarkan oleh lubang hitam gabungan ini.
Gambaran mengenai dua lubang hitam yang bergabung dengan jisim yang setanding dengan yang dilihat di LIGO. Diharapkan peleburan seperti itu menghasilkan isyarat elektromagnetik yang sangat sedikit, tetapi kehadiran bahan yang sangat panas berhampiran objek tersebut dapat mengubahnya.
Menurut model fizik terbaik kami, penggabungan lubang hitam tidak boleh memancarkan cahaya sama sekali. Keunikan besar yang dikelilingi oleh cakrawala peristiwa dapat memancarkan gelombang graviti kerana kelengkungan ruang-waktu yang berubah, kerana ia berputar di sekitar jisim gergasi yang lain, dan relativiti umum menyiratkan ini. Oleh kerana tenaga graviti dalam bentuk radiasi mesti datang dari suatu tempat, lubang hitam akhir selepas penggabungan akan menjadi beberapa jisim suria yang lebih ringan daripada jumlah sumber yang menghasilkannya. Ini sejajar dengan dua penggabungan lain yang diperhatikan oleh LIGO: kira-kira 5% jisim asal ditukar menjadi tenaga tulen dalam bentuk radiasi graviti.
Banyak sistem lubang hitam binari yang diketahui, termasuk tiga penggabungan LIGO yang disahkan dan satu calon penggabungan
Tetapi jika ada sesuatu di luar lubang hitam ini, seperti cakera penambahan, tembok api, cangkang keras, awan meresap, atau apa sahaja, pecutan dan pemanasan bahan ini dapat membuat radiasi elektromagnetik yang bergerak bersama dengan gelombang graviti kita. Selepas pengesanan pertama LIGO, Fermi Gamma-ray Burst Monitor menyatakan bahawa ia telah mengesan letupan tenaga tinggi yang bertepatan dengan masa isyarat gelombang graviti. Malangnya, satelit ESA tidak hanya gagal mengesahkan hasil Fermi, tetapi para saintis yang bekerja di sana menemui kekurangan dalam analisis data Fermi, yang sepenuhnya mendiskreditkan hasilnya.
Penggabungan dua lubang hitam melalui mata artis, dengan cakera pertambahan. Ketumpatan dan tenaga jirim seharusnya tidak cukup di sini untuk menghasilkan sinar gamma atau pecah sinar-X, tetapi siapa yang tahu apa yang dapat dilakukan oleh alam.
Penggabungan kedua tidak menunjukkan petunjuk tentang isyarat elektromagnetik, tetapi ini tidak menghairankan: lubang hitam secara signifikan lebih ringan dalam jisim, jadi sebarang isyarat yang dihasilkannya akan sama besarnya dengan magnitud. Tetapi penggabungan ketiga juga besar, lebih setanding dengan yang pertama daripada yang kedua. Walaupun Fermi tidak mengatakan apa-apa, dan satelit Integral ESA juga tetap diam, ada dua petunjuk bahawa radiasi elektromagnetik mungkin berlaku. Satelit AGILE Angkasa Angkasa Itali merakam suar samar-samar, jangka pendek yang berlaku setengah saat sebelum penggabungan di LIGO, dan gabungan sinar-X, radio dan pengamatan optik dikenal pasti pelik.
Sekiranya ada yang dikaitkan dengan penggabungan lubang hitam, itu sangat luar biasa. Kita hanya tahu sedikit tentang lubang hitam pada umumnya, apa yang boleh kita katakan mengenai penggabungan lubang hitam. Kami tidak pernah melihatnya dengan mata kepala kami sendiri, walaupun Teleskop Horizon Acara akan mengambil gambar sebelum akhir tahun ini. Kami baru tahu tahun ini bahawa lubang hitam tidak mempunyai cangkang keras di sekitar cakrawala acara, tetapi fakta ini juga statistik. Oleh itu, jika ada kemungkinan lubang hitam mungkin mengalami kebocoran elektromagnetik, perlu diingat.
Video promosi:
Quasar yang jauh dan besar menunjukkan lubang hitam supermasif di terasnya, dan kebocoran elektromagnetiknya mudah dikesan. Tetapi kita belum pernah melihat penggabungan lubang hitam (terutama yang berjisim rendah, kurang dari 100 cahaya matahari) mengeluarkan apa sahaja yang dapat dikesan.
Malangnya, tiada satu pun pemerhatian yang memberikan data yang diperlukan untuk membuat kita membuat kesimpulan bahawa penggabungan lubang hitam dapat memancarkan apa sahaja dalam spektrum elektromagnetik. Secara umum, agak sukar untuk mendapatkan bukti yang meyakinkan, kerana walaupun pengesan LIGO kembar, yang bekerja dengan ketepatan yang luar biasa, tidak dapat menentukan lokasi isyarat gelombang graviti dengan lebih tepat daripada hingga buruj atau tiga. Oleh kerana gelombang graviti dan gelombang elektromagnetik bergerak pada kelajuan cahaya, sangat tidak mungkin berlaku kelewatan hampir 24 jam antara keduanya. Di samping itu, peristiwa sementara berlaku pada jarak yang tidak membenarkannya dikaitkan dengan gelombang graviti.
Kawasan pemerhatian AGILE pada masa pemerhatian LIGO dengan kemungkinan lokasi sumber gelombang graviti ditunjukkan dalam garis besar ungu
Pemerhatian AGILE berpotensi menunjukkan bahawa sesuatu yang menarik sedang berlaku. Pada saat kejadian gelombang graviti dikesan, AGILE ditujukan ke kawasan ruang yang mengandungi 36% kawasan kajian LIGO. Menurut para saintis, "kelebihan foton sinar-X yang dikesan" muncul di suatu tempat di atas latar belakang purata yang biasa. Tetapi melihat data, pertanyaan pertama yang ditanyakan oleh para saintis adalah: Seberapa meyakinkan mereka?
Beberapa saat sebelum penggabungan LIGO, mereka membuat acara menarik, berlabel E2 dalam tiga carta di atas. Setelah analisis menyeluruh di mana mereka mengaitkan apa yang mereka lihat dan jenis fluktuasi rawak yang boleh berlaku secara semula jadi, mereka menyimpulkan bahawa sesuatu yang menarik telah berlaku dengan kebarangkalian 99.9%. Dengan kata lain, mereka melihat isyarat sebenar, bukan turun naik secara rawak. Terdapat banyak objek di Alam Semesta yang memancarkan sinar gamma dan sinar-X yang membentuk latar belakang. Tetapi bolehkah kejadian itu dikaitkan dengan penggabungan graviti dua lubang hitam?
Simulasi komputer dari dua lubang hitam yang bergabung dengan penghasilan gelombang graviti. Persoalannya, adakah isyarat ini menyertai letupan elektromagnetik?
Sekiranya demikian, mengapa satelit lain tidak melihatnya? Pada masa ini, kita dapat menyimpulkan bahawa jika lubang hitam mempunyai bahagian elektromagnetik, ia:
- sangat lemah
- dilahirkan hanya dengan tenaga yang rendah
- tidak mempunyai komponen optik, radio atau sinar gamma yang terang
- tidak berlaku serentak dengan pembebasan gelombang graviti.
Lubang hitam perduaan 30 jisim solar, pertama kali direkodkan oleh LIGO, sukar dibentuk tanpa runtuhan langsung. Sekarang, apabila mereka sudah diperhatikan dua kali, menjadi jelas bahawa pasang lubang hitam seperti itu sangat biasa. Adakah mereka mempunyai sinaran elektromagnetik?
Selain itu, semua yang kita lihat sangat sesuai dengan fakta bahawa penggabungan lubang hitam tidak mempunyai bahagian elektromagnetik. Tetapi mungkinkah ini kerana kami tidak mempunyai cukup data? Sekiranya kita membina lebih banyak pengesan gelombang graviti, melihat lebih banyak penggabungan lubang hitam berjisim tinggi, mencari lebih baik, melihat lebih banyak peristiwa sementara - kita dapat mengetahui jawapan untuk soalan itu. Sekiranya misi dan observatorium yang seharusnya mengumpulkan data tersebut dibina, ditugaskan dan dimasukkan ke orbit, jika perlu, maka dalam 15 tahun, kami akan menerima pengesahan saintifik.
ILYA KHEL
