超大質量ブラックホールは一般相対性理論の確認に役立ちました

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ビデオ: 宇宙を学ぶラジオ「宇宙やばいラジオ(真) #2」 ~相対論とブラックホール~ 2022, 12月
超大質量ブラックホールは一般相対性理論の確認に役立ちました
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Anonim
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ブラックホールを周回する降着円盤から放出される放射の歪みを観察することにより、一般相対性理論によって予測されたカーメトリックにホールのメトリックがどれだけ近いかを判断できます。米国、中国、ドイツの科学者のグループが、銀河1H0707-495からの超大質量ブラックホールについてそのような分析を行い、それがカー解法によって非常によく説明されていることを示しました。記事はPhysicalReview Lettersに掲載され、作品のプレプリントはarXiv.orgWebサイトに掲載されています。

一般相対性理論(GTR)は、弱い重力場(たとえば、太陽系の惑星や連星パルサー)について十分にテストされています。同時に、強い重力場はほとんど研究されていません。重力のいくつかの代替理論は弱い場の限界における一般相対性理論と一致しますが、強い場に対して異なる予測を与えるので、科学者はこの領域の一般相対性理論の予測をテストすることに興味があります。

特に強い重力場はブラックホールを作成します-非常に強いので、光はそれらの事象の地平線の下から逃げることができません。ブラックホール脱毛定理は、4次元時空に配置されたブラックホールの唯一の定常解がカーニューマンメトリックであることを保証します(そして、宇宙のほとんどのオブジェクトは帯電していないため、カーニューマンメトリックはカーメトリックに変換されます) 。より正確には、事象の地平線の外側にある、定常的で漸近的に平坦で規則的な解。降着円盤はそのような穴の周りに形成される可能性があり、そこでは電子のコンプトン後方散乱により光子が加速されます。さらに、ディスクの原子も放出します。重力赤方偏移と光の曲率のために、遠くの観測者は、放射のスペクトルと放射領域の形状が歪んでいると感じるでしょう。これらの歪みを測定することにより、ブラックホール周辺のメトリックがカーメトリックとどの程度一致しているかを判断できます。

この記事では、コジモバンビが率いる科学者のチームが、銀河1H0707-495からの超大質量ブラックホールについて収集された実際のデータにこの方法を初めて適用しました。彼らは以前、カーメトリックがそのようなブラックホールをどれだけうまく説明しているかを判断するために使用できるアプローチについて説明しました。このアプローチでは、特定のモデルメトリックが導入され、カーメトリックからの偏差は、観測から決定された一連のパラメーターによって指定されます。これらすべてのパラメーターがゼロに近い場合、モデルメトリックはカーメトリックを再現します。このアプローチの利点は、選択された代替重力理論からの独立性です。ここで科学者たちは、α13がそのようなパラメータとして機能するヨハンセンメトリックを調べました。モデルの詳細は、記事の追加資料に記載されています。

その後、科学者たちは、XMM-Newton、NuSTAR、およびSwift望遠鏡によって超大質量ブラックホールについて収集されたデータを分析しました。研究者らは、RELXILL_NKプログラムを使用して分析を実行しました。このプログラムでは、自由パラメーターはブラックホールの角運動量a *、メトリックパラメーターα13、ディスクの傾斜角、およびその他のいくつかの量です。記事1と2に続いて、科学者は電波スペクトルのさまざまな特徴を説明する3つの仮説を検討し、さまざまなデータに適用しました。その結果、図に示すように、*に応じてパラメータα13の推定値が得られました。さまざまな色の線は、さまざまな信頼水準に対応するグレードを示します(赤は68パーセント、緑は90パーセント、青は99パーセント)。

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分析1から決定されたパラメータα13の許容値

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分析2から決定されたパラメータα13の許容値

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分析3から決定されたパラメータα13の許容値

その結果、科学者たちは、一般相対性理論によって予測されたように、銀河1H0707-495からのブラックホールの周りの時空がカー解法によって記述される可能性が高いと結論付けています。この記事の著者は、彼らが開発したアプローチは、他のブラックホールのデータを分析するためにもうまく適用できると信じています。

一般相対性理論は20世紀初頭に定式化され、膨大な数の実験的確認を受けました。たとえば、昨年7月、ハッブル望遠鏡は、遠方の星を背景に白色矮星の通過を撮影しました。その結果、一般相対性理論の予測に従って星の画像がシフトしました。そして2016年5月、日本の天文学者は、アインシュタインの理論が1よりも大きな赤方偏移で機能することを確認しました。しかし、一般相対性理論は正しくないと主張する人もいますが、彼らの主張は信頼できません。

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