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ブラックホールの発見は、アインシュタインとホーキングが正しいことを確認しています

10年前、科学者は、2つのブラックホールの衝突から、重力波と呼ばれる時空の生地の波紋を最初に検出しました。現在、改善された技術と少し運のおかげで、新たに検出されたブラックホールの合併は、ブラックホールがどのように機能するかについての最も明確な証拠を提供しています。その過程で、アルバートアインシュタインとスティーブンホーキングによる基本的な予測の長年の確認の確認を提供しています。 新しい測定は、レーザー干渉計の重力波天文台（LIGO）によって行われ、天体物理学者のマクシミリアーノISIが率いる分析と、ニューヨーク市のFlatiron Instituteの計算天体物理学センターのFarrが行われました。結果は、ブラックホールの特性と時空の基本性に関する洞察を明らかにし、量子物理学とアインシュタインの一般相対性理論がどのように合うかを示唆しています。 「これは、ブラックホールの性質のこれまでで最も明確な見方です」とコロンビア大学の助教授でもあるISIは言います。 「私たちは、天体物理学的なブラックホールがアルバートアインシュタインの一般相対性理論から予測されたブラックホールであるという最も強力な証拠のいくつかを発見しました。」 結果は、9月10日に公開された論文で報告されました 物理的なレビューレター Ligo-Virgo-Kagraコラボレーションによる。 巨大な星の場合、ブラックホールはその進化の最終段階です。ブラックホールは非常に密度が高いため、光でさえ重力を逃れることができません。 2つのブラックホールが衝突すると、このイベントはスペース自体を歪め、宇宙全体に扇動する時空の波紋を作り出します。 重力波と呼ばれるこれらのスペースに変化する波紋は、それらを作成したオブジェクトについて科学者に多くを伝えることができます。大きな鉄のベルが小さなアルミニウムベルとは異なる音を立てるのと同じように、ブラックホールの合併が作る「サウンド」は、関係するブラックホールの特性に固有のものです。 科学者は、米国のLigo、イタリアの乙女座、日本のカグラなどの天文台で特別な機器で重力波を検出できます。これらの機器は、特定のパスを移動するのにレーザーがどれだけ時間がかかるかを注意深く測定します。重力波が伸び、時空の長さ、したがって光の移動時間が細かく変化すると、微妙に変化します。これらの小さな変化を非常に正確に測定することにより、科学者はそれらを使用してブラックホールの特性を決定できます。 新たに報告された重力波は、63の太陽の質量でブラックホールを形成し、毎秒100回転で回転する合併によって作成されることがわかりました。調査結果は、Ligoが最初のブラックホールの合併検出を行ってから10年後に行われます。その画期的な発見以来、機器とテクニックの改善により、科学者はこれらの宇宙射撃イベントをより明確に見ることができました。 「新しいブラックホールのペアは、2015年の歴史的な最初の検出のほぼ双子です」とISIは言います。 「しかし、楽器ははるかに優れているので、10年前には不可能だった方法で信号を分析することができます。」 これらの新しい信号で、ISIと彼の同僚は、ブラックホールが最初に新しい状態に落ち着くと、ブラックホールが最初に互いに気を配った瞬間から衝突を完全に見ました。 以前は、その時点までにブラックホールの鳴るのは非常にかすかになるため、最終的な残響を捕らえるのが困難でした。その結果、科学者は衝突の鳴き声を最終的なブラックホール自体の鳴り響きから分離することができませんでした。 2021年、ISIは、2015年のブラックホールの合併のデータを使用して、特定の周波数（または「トーン」）を隔離するために彼、ファーなどが開発した最先端の方法を示す研究を主導しました。この方法は強力であることが証明されましたが、2015年の測定値はブラックホールに関する重要な予測を確認するほど明確ではありませんでした。しかし、より正確な測定により、ISIと彼の同僚は、最終的な解決されたブラックホールのミリ秒長さの信号を正常に分離したと確信していました。これにより、ブラックホールの性質のより明確なテストが可能になりました。 「10ミリ秒は本当に短く聞こえますが、私たちの楽器は非常に良くなっているので、これは私たちが最終的なブラックホールの鳴り響を本当に分析するのに十分な時間です」とISIは言います。 「この新しい検出により、ブラックホールの合併前後の両方で信号の非常に詳細なビューがあります。」 新しい観察により、科学者は数十年前にブラックホールが根本的に単純なオブジェクトであるという重要な推測をテストすることができました。 1963年、物理学者のロイ・カーは、アインシュタインの一般的な相対性理論を使用して、1つの方程式でブラックホールを数学的に説明しました。方程式は、天体物理学的なブラックホールは、スピンと質量の2つの特性によって記述できることを示しました。新しい高品質のデータにより、科学者は、これまで以上に正確にマージされたブラックホールのリンギングの頻度と期間を測定することができました。これにより、実際には、マージされたブラックホールがその質量とスピンだけで記述されているシンプルなオブジェクトであることがわかりました。 観察は、ホーキングの地域定理と呼ばれるスティーブン・ホーキングによって提案された基本的なアイデアをテストするためにも使用されました。それは、ブラックホールのイベントの地平線のサイズ（明るくさえないことも戻ることができない過去のライン）が成長することができると述べています。この定理が適用されるかどうかをテストするには、合併前後のブラックホールの例外的な測定が必要です。 2015年の最初のブラックホールの合併検出に続いて、ホーキングは、合併署名を使用して彼の定理を確認できるかどうか疑問に思いました。当時、誰もそれが不可能だとは思わなかった。 ホーキングの死から1年後の2019年までに、方法が十分に改善されたため、ISI、Farr、および同僚が開発した技術を使用して最初の暫定的な確認が生まれました。 4倍の解像度により、新しいデータは科学者にホーキングの定理が正しいというより多くの自信を与えます。 ホーキングの定理を確認する際に、結果は熱力学の第2法則とのつながりを示唆しています。この法律では、エントロピーとして知られるシステムの障害を測定する特性は、時間の経過とともに増加するか、少なくとも一定のままでなければならないと述べています。ブラックホールの熱力学を理解することは、一般的な相対性を量子物理学と融合することを目的とする量子重力を含む物理学の他の領域の進歩につながる可能性があります。 「ブラックホールのイベントの地平線のサイズがエントロピーのように振る舞うのは本当に深いことです」とISIは言います。 「それは非常に深い理論的意味を持ち、ブラックホールのいくつかの側面を使用して、空間と時間の真の性質を数学的にプローブすることができることを意味します。」 多くの人は、将来のブラックホールの合併検出がこれらのオブジェクトの性質についてのみを明らかにするだけだと疑っています。次の10年間で、検出器は今日よりも10倍敏感になると予想され、ブラックホールの特性のより厳格なテストが可能になります。 「これらのブラックホールによって放出されるトーンを聴くことは、彼らが生産する極端な宇宙タイムの特性について学ぶための私たちの最大の希望です」と、ストーニーブルック大学の教授でもあるファーは言います。 「そして、より良い重力波検出器を構築するにつれて、精度は改善され続けます。」 「長い間、この分野は純粋な数学的かつ理論的な推測でした」とISIは言います。 「しかし今、私たちは実際にこれらの驚くべきプロセスを実際に見ている立場にあります。これは、この分野にどれだけの進歩があり、今後も存在し続けるかを強調しています。」 #ブラックホールの発見はアインシュタインとホーキングが正しいことを確認しています