‘Batas kecepatan’ lubang hitam yang baru ditemukan mengisyaratkan hukum fisika baru

Para peneliti telah mengidentifikasi batas kecepatan baru untuk tabrakan paling ekstrem di alam semesta. Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Surat Tinjauan Fisik“kecepatan mundur maksimum” yang mungkin terjadi pada lubang hitam yang bertabrakan melebihi 63 juta mph (102 juta km/jam) — sekitar sepersepuluh dari kecepatan mundur maksimum yang mungkin terjadi pada lubang hitam yang bertabrakan. kecepatan cahaya. Puncak ini terjadi ketika kondisi tabrakan berada pada titik kritis antara dua lubang hitam, baik yang menyatu atau berhamburan saat keduanya saling mendekat, menurut penulis penelitian.

Selanjutnya, para peneliti berharap dapat membuktikan secara matematis bahwa kecepatan ini tidak dapat dilampaui dengan menggunakan persamaan Einstein relativitasmenimbulkan implikasi potensial terhadap hukum dasar fisika.

Lire égalementMenunggu tanggapan India mengenai mekanisme penyelesaian perselisihan dalam usulan pakta perlindungan investasi: komisaris perdagangan UE

“Kami baru menggali permukaan dari sesuatu yang bisa menjadi deskripsi yang lebih universal,” rekan penulis studi tersebut Carlos Lousto, seorang profesor matematika dan statistik di Rochester Institute of Technology (RIT) di New York, mengatakan kepada 45Secondes.fr. Batas kecepatan yang baru ditemukan ini bisa menjadi bagian dari serangkaian hukum fisika yang lebih besar yang mempengaruhi segala sesuatu “mulai dari benda terkecil hingga benda terbesar di alam semesta,” kata Lousto.

Terkait: Lubang hitam ‘pelarian’ seukuran 20 juta matahari tertangkap sedang melaju melintasi angkasa dengan jejak bintang baru lahir di belakangnya

A découvrir égalementJika pertanyaannya adalah "apakah gunung berapi di Tonga menyebabkan panas ekstrem tahun ini", jawabannya rumit

Gempa dalam jalinan ruang-waktu

Ketika dua lubang hitam lewat berdekatan satu sama lain, mereka akan bergabung atau membelok di sekitar pusat massa bersama sebelum terbang terpisah. Apakah lubang hitam akan terbang terpisah atau saling berpilin bergantung pada jarak terdekatnya.

Untuk mengidentifikasi kemungkinan kecepatan mundur maksimum lubang hitam yang terbang terpisah, Lousto dan rekan penulis studinya James Healy, rekan peneliti di RIT School of Mathematics and Statistics, menggunakan superkomputer untuk menjalankan simulasi numerik. Perhitungan ini melangkah melalui persamaan relativitas umum yang menggambarkan bagaimana dua lubang hitam yang berinteraksi akan berevolusi. Lousto menjelaskan bahwa meskipun orang-orang mulai mencoba menyelesaikan persamaan ini secara numerik lebih dari 50 tahun yang lalu, teknik numerik untuk memprediksi ukuran gelombang gravitasi dari tabrakan semacam itu baru terjadi pada tahun 2005 — hanya 10 tahun sebelum gelombang gravitasi terdeteksi untuk pertama kalinya oleh Bumi. Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser(LIGO).

Sejak itu, LIGO telah mengamati hampir 100 tabrakan lubang hitam. Membandingkan data salah satu tabrakan dengan data relativitas numerik mengungkapkan sebuah “eksentrik,” atau elips, lintasan lubang hitam. Sebelumnya, para ilmuwan mengira lubang hitam yang saling mendekat akan berputar ke arah satu sama lain dalam orbit yang hampir melingkar, kata Lousto. Penemuan orbit elips memperluas kemungkinan terjadinya tabrakan, dan mendorong mereka untuk mencari skenario tabrakan ekstrem. “Apa yang ingin kami lakukan adalah mendorong batas-batas tabrakan ini,” kata Lousto.

Lousto dan Healy mengamati bagaimana penyesuaian empat parameter memengaruhi hasil interaksi gravitasi antara dua lubang hitam: momen awal lubang hitam, jarak antar lubang hitam pada titik pendekatan terdekat, orientasi rotasi apa pun yang mungkin terjadi pada lubang hitam. porosnya sendiri, dan besarnya rotasi itu.

Dengan menjalankan 1.381 simulasi – yang masing-masing membutuhkan waktu dua hingga tiga minggu – para peneliti menemukan puncak kemungkinan kecepatan mundur lubang hitam dengan putaran berlawanan yang saling berpapasan. Meskipun lubang hitam mengeluarkan radiasi gravitasi ke segala arah, putaran yang berlawanan mendistorsi radiasi ini, menciptakan gaya dorong yang menambah kecepatan mundur.

“Mundurnya lubang hitam setelah mereka bergabung adalah bagian penting dari interaksi mereka,” Aku Bartos, Associate Professor di Departemen Fisika di Universitas Florida, mengatakan kepada 45Secondes.fr melalui email. (Bartos tidak terlibat dalam studi baru ini). Interaksi ini sangat signifikan terutama di tempat-tempat di alam semesta dengan kepadatan lubang hitam yang tinggi, karena kemungkinan terjadinya recoil yang besar mengusir sisa lubang hitam dari wilayah tersebut sama sekali.

“Seperti halnya kuantitas teoritis yang membatasi, akan menarik untuk melihat apakah alam melebihi ini dalam beberapa situasi yang bisa menandakan penyimpangan dari pemahaman kita tentang cara kerja lubang hitam,” tambah Bartos.

Terkait: Mungkinkah lubang hitam melahap alam semesta?

Fisika fundamental baru

Menurut Lousto, “titik kritis” yang menentukan apakah dua lubang hitam yang bertabrakan akan bergabung atau mundur terbuka terhadap sedikit variabilitas dalam orbit lubang hitam. Oleh karena itu, Lousto mengibaratkan interaksi ini dengan transisi fase yang mulus, seperti transisi fase magnetisme dan magnet orde kedua. superkonduktivitas, berbeda dengan transisi fase eksplosif orde pertama pada air panas, misalnya, di mana sejumlah panas laten diserap sebelum semuanya mendidih. Para peneliti juga melihat sekilas apa yang mungkin menyerupai faktor penskalaan yang merupakan karakteristik transisi fase ini, meskipun simulasi resolusi tinggi lebih lanjut diperlukan untuk mengidentifikasi hal ini secara pasti.

Meskipun demikian, aspek-aspek hasil ini mengisyaratkan kemungkinan adanya “prinsip menyeluruh” yang berlaku pada skala atom hingga lubang hitam yang bertabrakan, kata Lousto.

Terlebih lagi, sambil mengawinkan dua pilar utama fisika fundamental – relativitas umum gravitasi dan teori kuantum untuk gaya fundamental lainnya – masih sulit dipahami, deskripsi lubang hitam terkait erat dengan beberapa teori yang telah membuka celah di antara keduanya.

“Ini jauh dari bukti yang kuat,” kata Lousto. “Tetapi ada garis yang memerlukan penelitian lebih lanjut yang mungkin bisa dilakukan oleh orang lain atau diri kita sendiri.”