Черните дупки може би точно в тозимомент се носят из Вселената с удивителни скорости малко под 10 % от скоростта на светлината.
Въз основа на симулации на сблъсъци между тези екстремни обекти, това е максималната скорост, която черните дупки могат да постигнат след високоенергиен сблъсък.
Това е много по-бързо от предишните изчисления, което предполага, че се доближаваме до разбирането на тези екстремни събития и последиците от тях, макар че все още има много какво да се научи за тези сблъсъци.
"Успяхме да предоставим точна оценка на крайния откат, продукт на високоенергийния сблъсък на две черни дупки", пишат изследователите Джеймс Хийли (James Healy) и Карлос Лусто (Carlos Lousto) от Рочестърския технологичен институт.
"Екстраполацията към екстремните спинове (завъртания) ни накара да оценим стойността от 28 562 ± 342 километра в секунда за крайния откат, като по този начин поставихме граница за него под 10% от скоростта на светлината."
Когато две черни дупки се слеят, крайният продукт не остава непременно на първоначалната галактическа орбитална позиция като бинарна. Сблъсъкът, в зависимост от енергията си, може да предизвика откат, който да "изрита" последната черна дупка – продуктът на първоначалните две – по нова траектория и скорост.
Това се случва, когато гравитационната енергия е неравномерно разпределена, като повече се излъчва в една посока – резултат от неравни маси, или въртене, или и двете, в двойката черни дупки преди сливането.
Предишни оценки поставят максималната скорост, която може да бъде достигната от този ефект на около 5000 километра в секунда спрямо началната точка.
Към днешна дата е открита една ускоряваща се черна дупка, за която учените смятат, че е продукт на откат. Той се движи с около 1542 километра в секунда. Но определянето на ограниченията на процеса може да помогне на астрономите да разберат колко често се случва.
Това е важна информация за науката за черните дупки. Например открити са черни дупки, които са по-масивни, отколкото теорията предполага, че трябва да бъдат.
Това може да обясни големия брой засечени при сблъсък черни дупки, които се носят наоколо. По-голямото количество черни дупки увеличава вероятността за сблъсъци, които могат да доведат до образуването на черни дупки, по-масивни от ограничението за маса на колапс на ядрото.
Първоначалната конфигурация на окончателния сблъсък на черни дупки. Кредит: Healy & Lousto, Phys. Rev. Lett., 2023
Хийли и Лусто са използвали суперкомпютър, за да извършат 1381 пълни числени симулации на сблъсъци между две черни дупки с еднаква маса с противоположни завъртания, насочени по тяхната орбитална равнина.
Ето как са получили максималната скорост 28 562 километра в секунда. Това са над 100 милиона километра в час.
В близост до слънцето получаваме много точна оценка на минималната космическа скорост за обект, за да напусне слънчевия квартал, която е 497 километра в секунда. Скоростта на бягство пряко ограничава общата маса на Млечния път, пишат в Astronomy & Astrophysics Хелмер Копелман и Амина Хелми.
Най-бързият обект, създаван някога от хора, е слънчевата сонда Parker, която достигна 163 километра в секунда през 2021 г.
Значи черните дупки имат оптимални условия за сблъсък? За щастие, точният сценарий, използван от изследователите, е доста малко вероятно да се случи, но откриването на екстремни ограничения определя поле за бъдещи изследвания.
Това всъщност е донякъде утешително да се знае. Проучване отпреди няколко години установи, че дори докато четете тази статия, около Млечния път може да се носят стотици черни дупки, избити от сблъсъци.
Ако пътуват малко по-бавно, идеята изглежда малко по-малко плашеща, въпреки че е малко вероятно да ни ударят така или иначе.
Хийли и Лусто също така отбелязват, че въртенето и ориентацията на черните дупки в тяхната симулация са от решаващо значение за получената скорост на удар. Те планират да изследват ролята на въртенето в по-фини детайли в бъдеща статия.
Ultimate Black Hole Recoil: What is the Maximum High-Energy Collision Kick? James Healy and Carlos O. Lousto; Phys. Rev. Lett. 131, 071401 – Published 18 August 2023; DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.071401
Zooming Black Holes Can Reach ~10% The Speed of Light, Scientists Say, ScienceАlert
