Astronomie

Contrôler le comportement d'un trou noir

Contrôler le comportement d'un trou noir

Est-il possible de manipuler la taille d'un trou noir ou le comportement d'un trou noir si les scientifiques étaient capables de synthétiser le rayonnement colporteur à la demande. Autrement dit, si je pouvais trouver un moyen d'imiter le rayonnement colporteur dans un missile, ce missile réduirait-il la taille du trou noir sur lequel je tire le missile ? Je pense que si je crée suffisamment de rayonnement de colportage, cela devrait avoir un effet sur la taille du trou noir une fois que le missile explosera. C'est s'il est vrai que le rayonnement colporteur peut faire disparaître le trou noir comme il le fait un des mini trous noirs qui meurent à cause du rayonnement colporteur.


Le rayonnement de Hawking n'est pas un type particulier de rayonnement. C'est un rayonnement "thermique" tout à fait ordinaire, principalement des photons, avec quelques neutrinos et électrons et positons si la température est suffisamment élevée. Les trous noirs rétrécissent lorsqu'ils l'émettent, pas lorsqu'ils l'absorbent. Donc, viser un rayonnement Hawking simulé (ou tout autre type de rayonnement) dans un trou noir le rend simplement plus grand.


Des trous noirs simulés dans un réservoir d'eau révèlent pour la première fois une “Backreaction”

Il est difficile de faire un trou noir en laboratoire. Il faut ramasser un tas de masse, la serrer jusqu'à ce qu'elle s'effondre gravitationnellement sur elle-même, travailler, travailler, travailler. C'est tellement difficile à faire que nous ne l'avons jamais fait. Nous pouvons cependant créer un trou noir simulé à l'aide d'un réservoir d'eau, et cela peut nous dire des choses intéressantes sur le fonctionnement des trous noirs.

Les simulations de l'eau des trous noirs sont possibles parce que les mathématiques qui décrivent le comportement de l'eau sont similaires aux mathématiques qui décrivent le comportement de choses comme les ondes gravitationnelles. Les interactions gravitationnelles se produisent de manière fluide, vous pouvez donc utiliser un fluide pour les étudier. Il existe cependant des limites à ces modèles d'eau, vous devez donc être prudent lorsque vous étudiez des simulations d'eau.

Un problème avec les modèles aquatiques de trous noirs est que vous devez piloter la simulation pour qu'elle continue. Supposons que vous vouliez étudier comment la matière pourrait être capturée par un trou noir. Vous pouvez simuler le trou noir par un vortex d'eau, semblable au tourbillon semblable à une tornade que vous voyez parfois lors de la vidange d'une baignoire. Pour maintenir le vortex, vous devez alimenter votre système afin que le modèle reste stable suffisamment longtemps pour que vous obteniez de bonnes données.

Pour cette raison, on pensait généralement que les modèles d'eau ne pouvaient pas présenter un effet qui devrait se produire avec de vrais trous noirs, connu sous le nom de réaction inverse. La réaction en retour se produit lorsqu'il y a une interaction au cours de laquelle un objet réagit avec son environnement. Par exemple, lorsqu'un trou noir capture de la matière, sa masse augmente. Cette augmentation de masse modifie la façon dont le trou noir déforme l'espace autour de lui, modifiant ainsi légèrement l'espace environnant. La rétro-réaction est un phénomène important, mais il est subtil et difficile à étudier.

Un vortex d'eau simulant un trou noir. Crédit : Université de Nottingham

Récemment, cependant, une équipe a découvert que la réaction inverse peut être observée dans les modèles de simulation de l'eau. La recherche a étudié comment un fond d'ondes gravitationnelles pourrait interagir avec un trou noir en rotation. Dans leur modèle d'eau, ils ont créé un vortex d'eau simulant un trou noir, puis ont généré une ondulation de vagues vers le vortex. La réaction entre le vortex et les ondulations a fait croître le vortex plus rapidement qu'il ne le ferait normalement. De cette façon, les ondes gravitationnelles pourraient accélérer la croissance d'un trou noir par effet de rétro-réaction.

Dans la simulation de l'eau, la contre-réaction était suffisamment forte pour que l'équipe verrait visiblement le niveau d'eau de son réservoir baisser lorsqu'elle se produisait, prouvant que la réaction peut se produire sur de courtes périodes.

Si cette étude est intéressante en elle-même, les travaux montrent également que la rétro-réaction doit être prise en compte avec de nombreuses simulations de l'eau. Habituellement, il a été supposé que les simulations de vortex d'eau peuvent supposer un arrière-plan stationnaire, ce qui signifie que toute contre-réaction peut être ignorée dans le modèle. Ce travail montre comment cette hypothèse pourrait ne pas fonctionner lors de l'étude d'autres effets de trous noirs tels que le rayonnement de Hawking.

Il faudra un certain temps avant que de vrais trous noirs puissent être créés en laboratoire. Heureusement, les simulations aquatiques comme celle-ci ont encore beaucoup à nous apprendre.

Référence: Goodhew, Harry, et al. “Réaction dans une expérience de trou noir analogique.” Lettres d'examen physique 126.4 (2021): 041105


Études d'association à l'échelle du génome

Quatre milliards d'années de sélection naturelle ont façonné la machinerie raffinée que nous partageons tous - codée dans la plupart de notre ADN - ainsi qu'une marge de variation soigneusement sélectionnée - codée dans une minorité de différences d'ADN. Si les 3,2 milliards de nucléotides de notre ADN pouvaient tenir dans un livre de 300 pages, les différences entre deux personnes aléatoires représenteraient à peine deux pages. De nombreuses décennies de recherche sur des jumeaux et des membres de la famille suggèrent que des portions considérables de différences de comportement humain sont associées à certaines des minuscules différences au sein de ces deux pages.

Il est difficile de découvrir les histoires évolutives derrière ces différences, mais il serait probablement utile de découvrir d'abord comment ces différences génétiques donnent exactement naissance à la diversité de notre répertoire comportemental. Les progrès récents de la recherche génétique nous permettent de lier des nucléotides d'ADN spécifiques sur ces deux pages à des résultats comportementaux complexes. Les études qui relient la variation génétique au niveau moléculaire à des traits complexes sont appelées études d'association à l'échelle du génome (GWAS). Dans un GWAS, des millions de nucléotides d'ADN uniques sont testés un par un afin de quantifier leur relation avec les traits humains les plus complexes, y compris le comportement.

Le professeur Karin Verweij et moi avons récemment publié un article dans Nature Comportement Humain, dans lequel nous passons en revue ce que nous avons appris jusqu'à présent de GWAS sur le comportement humain et quelles mesures nous devons prendre pour en savoir plus. Ici, je vais résumer quelques points saillants de notre article et réfléchir à leur pertinence sociétale.


Le remorqueur Black Hole’s sur l'espace tire des jets rapides en oscillation rapide

Les jets de matière en mouvement rapide tirés de la zone entourant un trou noir vacillent si vite que leur changement de direction peut être vu en quelques minutes seulement, et les astronomes disent que cela se produit parce que le trou noir en rotation est une puissante attraction gravitationnelle entraîne l'espace voisin lui-même avec lui.

"Nous n'avons jamais vu cet effet se produire sur des échelles de temps aussi courtes", a déclaré James Miller-Jones, du nœud de l'Université Curtin du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR), qui a dirigé une équipe utilisant la National Science Foundation & Matrice à très longue ligne de base #8217s (VLBA).

L'équipe a étudié V404 Cygni, un trou noir neuf fois plus massif que le Soleil, à près de 8 000 années-lumière de la Terre. Le trou noir puise dans la matière d'une étoile compagne dont la masse est d'environ 70 % de celle du Soleil. Lorsque le matériau s'écoule vers le trou noir, il forme un disque rotatif, appelé disque d'accrétion, entourant le trou noir.

Dans de tels systèmes, le disque devient plus dense et plus chaud à mesure que la distance du trou noir diminue. Soit la partie la plus interne du disque, soit le trou noir lui-même lance des jets de matière à l'extérieur du disque. Les astronomes ont déclaré que le matériau du jet de V404 Cygni se déplace à une vitesse aussi rapide que 60% de la vitesse de la lumière.

Une oscillation aussi rapide, appelée précession, que celle de V404 Cygni n'a jamais été vue auparavant dans d'autres systèmes de ce type. Pour expliquer ce phénomène, ont déclaré les scientifiques, il faut utiliser un effet de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Cette théorie dit que les objets massifs comme les trous noirs déforment l'espace et le temps. De plus, lorsqu'un objet aussi massif tourne, son influence gravitationnelle entraîne avec lui l'espace et le temps, un effet appelé glissement de cadre.

Dans V404 Cygni, l'axe de rotation du trou noir est désaligné par rapport au plan de son orbite avec l'étoile compagne. Cela provoque l'effet de glissement du cadre pour déformer la partie interne du disque, puis tirez la partie déformée avec elle. Étant donné que les jets proviennent soit du disque interne, soit du trou noir, cela modifie l'orientation du jet, produisant le vacillement observé avec le VLBA.

"C'est le seul mécanisme auquel nous pouvons penser qui peut expliquer la précession rapide que nous voyons dans V404 Cygni", a déclaré Miller-Jones. "Vous pouvez le voir comme l'oscillation d'une toupie lorsqu'elle ralentit, seulement dans ce cas, l'oscillation est causée par la théorie de la relativité générale d'Einstein", a-t-il ajouté.

Alors que le disque d'accrétion de V404 Cygni a une largeur d'environ 10 millions de kilomètres, Miller-Jones a souligné que seuls les quelques milliers de kilomètres intérieurs sont déformés. Cette partie intérieure est également gonflée par une forte pression de rayonnement en une forme de beignet qui se transforme en un corps rigide.

Les changements de direction rapides des jets ont obligé les astronomes à modifier leur stratégie d'observation. Normalement, les astronomes produiront une seule image en utilisant des données collectées sur plusieurs heures, comme une exposition de longue durée.

Cependant, "Ces jets changeaient si rapidement que sur une image de quatre heures, nous n'avons vu qu'un flou", a déclaré Alex Tetarenko, un récent doctorat de l'Université de l'Alberta et actuellement chercheur à l'Observatoire d'Asie de l'Est travaillant dans Hawaii.

Pour capturer le mouvement rapide, les chercheurs ont réalisé 103 images individuelles, chacune d'environ 70 secondes, puis les ont combinées pour créer un film.

Le résultat, selon Greg Sivakoff, de l'Université de l'Alberta, indique qu'un comportement similaire pourrait être trouvé dans d'autres objets.

"Nous avons été abasourdis par ce que nous avons vu dans ce système - c'était complètement inattendu", a déclaré Sivakoff. « La découverte de cette première astronomique a approfondi notre compréhension du fonctionnement des trous noirs et de la formation de galaxies. Cela nous en dit un peu plus sur cette grande question : ‘Comment sommes-nous arrivés ici ?'”

V404 Cygni a attiré l'attention des astronomes pour la première fois en 1938, lorsqu'il a connu une explosion et a obtenu sa désignation d'étoile variable. Une autre explosion a été observée en 1989 et des études de suivi ont révélé une explosion auparavant inaperçue. en 1956.

Le satellite Swift de la NASA a détecté une nouvelle explosion le 15 juin 2015, déclenchant un effort d'observation mondial. Les observations VLBA ont commencé le 17 juin 2015 et se sont poursuivies jusqu'au 11 juillet de la même année.

Miller-Jones, Tetarenko et Sivakoff, ainsi que des collègues du monde entier, publient leurs résultats dans la revue scientifique Nature.

L'Observatoire national de radioastronomie est une installation de la National Science Foundation, exploitée en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.


Gens

Le Dr Satyapal est professeur au Département de physique et d'astronomie de l'Université George Mason. La professeure Satyapal a obtenu son baccalauréat en physique du Bryn Mawr College et son doctorat en physique et astronomie de l'Université de Rochester. Elle était chercheuse postdoctorale au Goddard Space Flight Center de la NASA. Avant de rejoindre Mason, elle était spécialiste des instruments pour le télescope spatial James Webb au Goddard and Space Telescope Science Institute. Ses recherches portent sur la compréhension du lien entre la croissance et l'évolution des trous noirs supermassifs et les galaxies hôtes dans lesquelles ils résident. Elle utilise des données multi-longueurs d'onde spatiales et terrestres de Chandra, XMM-Newton, WISE, Spitzer, le Very Large Array (VLA), Gemini, le Large Binocular Telescope (LBT) et Keck. Le professeur Satyapal a reçu de nombreux prix, dont le Presidential Early Career Award. Cliquez ici pour plus d'informations sur ses recherches.

Le Dr Satyapal travaille actuellement sur les projets suivants : trous noirs de masse intermédiaire, trous noirs supermassifs doubles et trous noirs supermassifs dans les galaxies sans renflement et de faible masse. Au cours des dernières années, elle s'est amusée à enseigner la mécanique quantique, la mécanique statistique, les ondes et le rayonnement.

Mélissa Bierschenk

Melissa est étudiante diplômée à l'Université George Mason et détient un B.S. en physique de l'Université du Sud de l'Alabama et un M.S. en physique de l'Université du Minnesota Duluth. Pendant son séjour à l'UMD, Melissa s'est concentrée sur la génération de formes d'onde post-newtoniennes de fusion de trous noirs binaires et sur la production d'animations de ces orbites avec les ondes gravitationnelles qui en résultent. Ses recherches actuelles consistent à examiner les propriétés spectroscopiques MIR de 200 AGN du BASS Survey à l'aide du télescope Spitzer. L'objectif est de comprendre comment les caractéristiques de la poussière circumnucléaire changent avec les propriétés d'accrétion du trou noir supermassif. Melissa a reçu le prix d'assistant d'enseignement supérieur exceptionnel du département de physique et d'astronomie de l'UMD pour l'année universitaire 2019-2020.

Jenna Cann

Jenna est étudiante diplômée à l'Université George Mason et détient un B.S. en Astronomie, également de GMU. Son travail se concentre sur la détermination de nouveaux diagnostics, tels que les raies d'émission provenant d'éléments hautement ionisés appelés raies coronales, pour rechercher des SMBH de plus faible masse dans les galaxies naines en utilisant le code de modélisation de photoionisation Cloudy et des instruments tels que NIRSPEC et NIRES à l'observatoire de Keck. Elle est récipiendaire de plusieurs prix prestigieux, tels que la bourse de recherche d'études supérieures de la National Science Foundation, le Cosmos Club Foundation Cosmos Scholar et une subvention de recherche Sigma Xi. Elle est également très active dans la sensibilisation et effectue des visites à l'Observatoire GMU.

Luis Fernández

Luis est un cubano-américain né à Miami, en Floride, qui est un étudiant non traditionnel. Il a reçu son A.S. dans les services médicaux d'urgence au Miami Dade College où il a obtenu sa licence d'ambulancier paramédical et a travaillé à l'hôpital général Palmetto pendant 5 ans avant de retourner à l'école pour recevoir son B.S. en physique à la Florida International University (FIU). Luis est actuellement étudiant diplômé à l'Université George Mason. À l'aide de données radio et de rayons X provenant d'observatoires tels que le Very Large Baseline Array (VLBA) et Swift/Bat, ses travaux examinent le retour d'expérience d'Active Galactic Nuclei (AGN). Actuellement, il travaille sur une enquête de 6 mois sur NGC2992. Luis a reçu la bourse S-STEM du département de physique de la CRF 2 années consécutives au cours de ses études de premier cycle.

Lara Kamal

Lara est étudiante à l'Université George Mason et détient un B.S. en informatique avec une spécialisation en apprentissage automatique. Elle travaille actuellement sur un deuxième diplôme en physique également à GMU. Son travail se concentre sur l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique, tels que la régression, la classification, la réduction de caractéristiques et le réseau de neurones sur des données nuageuses, un code de modélisation de photoionisation, pour déterminer la masse du trou noir en fonction d'un ensemble de raies d'émission. Lara est récipiendaire des prix Computer Science Outstanding Student Achievement and Academic Achievement in Mathematics Awards.

Guillaume Matzko

William est actuellement étudiant diplômé à l'Université George Mason. En tant qu'étudiant de premier cycle, il a obtenu une double spécialisation en physique et en astronomie et a ensuite obtenu son B.S. en physique et astronomie de George Mason en 2019. Son expérience de recherche passée s'est concentrée sur les exoplanètes, y compris la simulation de données de séries chronologiques pour l'étude conceptuelle de la mission EarthFinder et la validation d'exoplanètes en transit. Actuellement, ses recherches portent sur la compréhension du comportement des écoulements dans les galaxies en fonction de leur stade de fusion. William est le récipiendaire de plusieurs prix, dont une bourse de voyage du Undergraduate Student Travel Fund (USTF) et un prix de recherche exceptionnel du département de physique et d'astronomie de George Mason. À partir de l'automne 2019, il sera l'un des coordonnateurs de l'observatoire de George Mason.

Jeffrey McKaig

Jeffrey est titulaire d'un B.S. en physique appliquée et en mathématiques appliquées de l'Université Christopher Newport. Là, ses recherches se sont concentrées sur la relativité générale et les trous noirs avec une concentration sur la création de jets extragalactiques. Il a également effectué des recherches sur la diffusion Compton dans le régime de champ élevé au Thomas Jefferson National Accelerator Facility en partenariat avec l'Université Old Dominion. Jeffrey a rejoint GMU pour étudier les noyaux galactiques actifs (AGN) du point de vue des rayons X et étudie actuellement l'effet de la poussière polaire sur les spectres de rayons X des AGN en utilisant des simulations à haute résolution. Cette poussière polaire a été découverte après que l'interférométrie à haute résolution des AGN dans l'infrarouge moyen a trouvé une grande composante s'étendant dans la direction polaire, ce qui n'est pas prévu par le modèle unifié classique des AGN. L'étude de cette composante polaire de la poussière dans le régime des rayons X pourrait servir de sonde unique de la cinématique du gaz polaire. Ces simulations fourniront une référence fondamentale pour les futurs instruments à rayons X à haute résolution spectrale, tels que ceux embarqués sur XRISM et Athena.

Ryan Pfeifle

Ryan est un étudiant diplômé de l'Université George Mason et détient un B.S. en physique – avec une spécialisation en astrophysique – également de GMU. Utilisant des observatoires à rayons X tels que Chandra, XMM-Newton et NuSTAR, ses travaux se concentrent sur la recherche d'AGN double dans les fusions de galaxies de stade avancé présélectionnées au milieu de l'IR, caractérisant les niveaux d'obscurcissement de l'AGN dans les fusions de stade avancé, ainsi comme comprendre le déclenchement et l'alimentation de l'AGN dans les fusions par rapport aux galaxies isolées. Ryan est le récipiendaire de plusieurs prix, dont la bourse d'aide à la recherche Sigma Xi (GRIAR) et deux bourses de voyage international (ITG) compétitives offertes par le GMU Associate Provost for Graduate Education. La sensibilisation est également une activité très importante pour Ryan, et il organise régulièrement des visites de classe et du public à l'observatoire GMU.

Emma Schwartzman

Emma est étudiante diplômée à l'Université George Mason et détient deux baccalauréats - un en astronomie et un en physique - de l'Université du Maryland. Elle travaille également au U.S. Naval Research Laboratory, où son travail se concentre sur l'étude des amas de galaxies, des fusions d'amas et d'autres émetteurs radio, en utilisant l'interférométrie radio au sol et des détecteurs de rayons X à haute énergie par satellite. Elle passe la majorité de son temps à analyser des données pour des caractéristiques telles que l'emplacement de la source, la taille et les caractéristiques spectrales. Elle travaille principalement avec des progiciels d'étalonnage de données radio tels que CASA et WSCLEAN, ainsi qu'avec des progiciels de radiographie tels que CIAO. L'enseignement est aussi une passion pour Emma, ​​et elle aime son travail d'assistante d'enseignement pour les cours de physique et d'astronomie de premier cycle.

Jim Williams

Jim a obtenu son B.S. en informatique de l'Université du Michigan et son M.S. en informatique de l'Université américaine. Il a servi comme officier du renseignement naval, puis, en tant que civil, a occupé plusieurs postes en informatique et en programmation dans l'industrie privée et le gouvernement. Entre autres projets, il a écrit un compilateur pour un nouveau langage informatique, modélisé les effets des armes nucléaires, évalué les options pour les traités de contrôle des armements et conçu un réseau informatique Unix. Il a pris sa retraite du ministère de la Défense en 2013. En tant qu'étudiant au GMU, il s'intéresse à l'utilisation des rayons X pour étudier les noyaux galactiques actifs (AGN). Ses recherches actuelles portent sur la modélisation de l'excès mou dans les AGN.

Faculté affiliée

Jacqueline Fischer

Jackie Fischer est astrophysicienne, anciennement dans la branche des capteurs radio/infrarouges/optiques de la division de la télédétection et a dirigé la section des techniques d'astrophysique et d'amplification infrarouges - submillimétriques. Elle a obtenu un B.Sc. diplôme en physique de l'Université hébraïque de Jérusalem et un doctorat. en astronomie de l'Université d'État de New York à Stony Brook. Elle a débuté au LNR en tant qu'associée postdoctorale du Conseil national de recherches et a rejoint le Laboratoire en 1988. Elle a travaillé sur de nombreux projets d'instrumentation infrarouge : elle a été responsable technique de l'expérience de collection numérique hyperspectrale HYDICE, a dirigé l'équipe de spécification optique pour l'ASTROCAM imageur infrarouge astrométrique pour l'US Naval Observatory, et a été membre de l'équipe du spectromètre à longue longueur d'onde de l'Observatoire spatial infrarouge ( ISO ). Elle a été nommée Herschel Optical System Scientist et membre de l'équipe scientifique Herschel en 2001. Ses intérêts de recherche portent sur l'évolution des galaxies et en particulier sur le rôle que jouent les fusions de galaxies dans la transformation morphologique des galaxies. , plus récemment concernant la structure des régions nucléaires des fusions de galaxies riches en gaz et en particulier sur la découverte d'écoulements moléculaires massifs dans les fusions de galaxies riches en gaz et les implications pour la compréhension de la rétroaction des galaxies dans ces systèmes.

Mario Gliozzi

L'activité de recherche du Dr Gliozzi est axée sur l'étude des conditions physiques de la matière autour des trous noirs sur la base de l'analyse et de l'interprétation des données de rayons X de différentes classes de noyaux galactiques actifs (AGN en particulier Radio Galaxies, Blazars, Narrow Line Seyfert 1 galaxies , et vrai type 2 AGN). Il s'intéresse à l'unification des systèmes de trous noirs à trois niveaux différents :

1) L'unification entre les différentes classes d'AGN, avec un accent particulier sur la dichotomie radio-fort/radio silencieux

2) L'unification entre les galaxies actives et normales, étudiée en étudiant les propriétés nucléaires aux rayons X des galaxies sans renflement et des AGN de ​​faible puissance, qui pourraient représenter le lien entre les AGN puissants et les galaxies normales.

3) L'unification entre les systèmes AGN et Galactic Black Hole, avec un accent particulier sur les propriétés de variabilité.

Cliquez ici pour plus d'informations sur ses recherches.

Le Dr Gliozzi est actuellement associé aux projets de recherche suivants : les trous noirs supermassifs dans les galaxies sans renflement et de faible masse.

Claudio Ricci

Le Dr Ricci est professeur adjoint au Nucleo de Astronomia de l'Universidad Diego Portales, à Santiago, au Chili et professeur invité de longue date à l'Institut Kavli d'astronomie et d'astrophysique de l'Université de Pékin, en Chine, et professeur affilié à George. Mason University, Fairfax, États-Unis, où il est le superviseur diplômé de plusieurs étudiants.

Ses recherches portent sur la structure et l'évolution du matériau autour des trous noirs supermassifs, combinant la spectroscopie des rayons X avec des observations multi-longueurs d'onde. Il fait partie de l'équipe principale du Swift/BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) et de l'équipe scientifique de la mission à rayons X durs de la NASA. NuSTAR.


Propriétés des rayons X des binaires Black-Hole

AbstraitNous passons en revue les propriétés et le comportement de 20 binaires à rayons X qui contiennent un trou noir confirmé dynamiquement, dont 17 sont des systèmes transitoires. Au cours de la dernière décennie, bon nombre de ces sources transitoires ont été observées quotidiennement tout au long de leurs cycles d'explosion typiquement d'une année à l'aide du détecteur de synchronisation à grande surface à bord du Explorateur de synchronisation Rossi X-Ray. L'évolution de ces sources transitoires est complexe. Néanmoins, il existe des modèles de comportement communs à tous, comme nous le montrons dans une comparaison complète de six systèmes sélectionnés. Au centre de cette comparaison se trouvent trois états d'accrétion aux rayons X, qui sont examinés et définis quantitativement. Nous discutons des phénomènes qui surviennent dans des champs gravitationnels puissants, notamment des raies de Fe élargies de manière relativiste, des oscillations quasi-périodiques à haute fréquence (100-450 Hz) et des jets radio et X relativistes. De tels phénomènes nous montrent comment un trou noir interagit avec son environnement, complétant ainsi l'image des trous noirs que fourniront les détecteurs d'ondes gravitationnelles. Nous esquissons un scénario pour l'impact potentiel des études temporelles/spectrales de l'accrétion des trous noirs sur la physique et discutons d'un sujet de pointe actuel, à savoir, la mesure du spin des trous noirs.


Département de Physique et Astronomie

En tant qu'université de recherche de premier plan, les opportunités d'acquérir une expérience pratique ne manquent pas. Notre faculté de physique et nos étudiants mènent à la fois de la physique théorique et expérimentale à la fois sur le campus et dans les principaux laboratoires du monde entier.

Groupes de recherche avec le corps professoral actuel

Avec tant de découvertes récentes et fondamentales (par exemple, l'énergie noire, la matière noire, les trous noirs, les planètes extrasolaires), notre compréhension de la taille et de l'avenir de l'univers est en train de changer, ce qui en fait l'âge d'or de la recherche en astronomie/astrophysique.

Les environnements astrophysiques offrent des opportunités uniques pour étudier le comportement de la matière dans des conditions extrêmes qui sont souvent impossibles à atteindre dans les laboratoires terrestres. Pour comprendre les objets et les événements du cosmos, les astrophysiciens combinent les connaissances de divers domaines de la physique, des mathématiques, des statistiques et du traitement d'images. Les étudiants-chercheurs en astrophysique obtiennent ainsi une formation large et complète.

Le groupe d'astrophysique de l'USC est engagé dans la recherche en astrophysique extragalactique et en cosmologie observationnelle. Nos travaux portent sur les quasars, les galaxies lointaines, la matière intergalactique et l'évolution de ces objets avec le temps cosmique.
Certaines des questions scientifiques clés que nous essayons de résoudre sont : comment les abondances cosmiques des éléments chimiques se sont-elles accumulées avec le temps ? Comment les processus de formation des étoiles et de consommation de gaz ont-ils progressé dans les galaxies ? Comment la structure et les formes des galaxies se sont-elles établies sur des milliards d'années ?

Notre recherche utilise principalement des installations optiques, infrarouges et ultraviolettes et est financée par la NSF et la NASA. Nous utilisons un large éventail d'installations d'observation au Chili, à Hawaï, en Arizona et au Nouveau-Mexique, en particulier le télescope Magellan Clay, le Very Large Telescope (VLT), les télescopes Gemini, les télescopes Keck et l'observatoire Apache Point (APO), De plus, nous utilisons le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer pour accéder à des parties du spectre électromagnétique qui sont atténuées par l'atmosphère terrestre. Notre groupe a attiré plusieurs étudiants de l'USC et comprend des collaborateurs proches dans un certain nombre d'institutions à travers le monde.

Le groupe de la matière condensée a des activités variées dans les domaines interdisciplinaires de la physique de la matière condensée, de la science des matériaux et de la nanotechnologie. Nous avons un groupe de huit personnes chargées de la matière condensée dans le département engagé dans une grande variété de projets de recherche, dont certains sont décrits ci-dessous.

Yaroslaw Bazaliy est engagé dans l'étude théorique du comportement des nano-aimants dans le cadre du nouveau domaine de recherche appelé spintronique. La spintronique utilise des courants de spin et une densité de spin similaires à la manière dont le courant et la charge électriques sont utilisés dans l'électronique ordinaire.

Le groupe de Mas Crawford étudie le magnétisme et les matériaux magnétiques, recherchant de nouvelles approches pour mesurer les propriétés fondamentales des matériaux magnétiques, en particulier à des échelles de longueur nanométrique et de temps picoseconde.

Les recherches de Rick Creswick couvrent à la fois les fondements de la physique statistique et de la physique de la matière condensée. Actuellement, il étudie des analogues du célèbre « écho de spin » dans les systèmes de particules chargées. Ces systèmes présentent une symétrie qui permet d'inverser leur évolution temporelle, et offre donc un laboratoire intéressant pour étudier la flèche thermodynamique du temps. En collaboration avec le groupe d'astrophysique des particules, il étudie la faisabilité d'utiliser divers matériaux pour les bolomètres à basse température et la possibilité que la canalisation par les ions reculant des collisions avec les WIMPs (particules massives à interaction faible) puisse aider à révéler la présence de matière noire.

Le groupe de Scott Crittenden travaille sur les bactéries qui génèrent de l'électricité en tant que sous-produit naturel du métabolisme avec les nanofils purement biologiques qu'elles produisent et sur le développement de nouvelles techniques de microscopie à sonde à balayage pour explorer les propriétés des matériaux à l'échelle atomique.

Les projets de groupe de Timir Datta concernent la supraconductivité à haute température, le transport quantique mésoscopique, le chaos déterministe et les effets du désordre dans les systèmes linéaires et non linéaires, ainsi que les mesures expérimentales de la gravité.

Le groupe de Milind Kunchur est impliqué dans deux domaines principaux : (1) Les phénomènes dans les nanofils supraconducteurs et les films minces nanostructurés à des échelles de temps ultracourtes et dans des conditions extrêmes. (2) Psychophysique, neurophysiologie auditive et audio haute fidélité.

Yuriy Pershin travaille dans le domaine de la physique computationnelle/théorique. Ses recherches actuelles portent sur l'étude du transport de charge et de spin dans les molécules, les structures semi-conductrices et d'autres dispositifs électroniques submicroniques. Il s'intéresse également aux différents aspects du transport dans les systèmes biologiques.

Le groupe de Yanwen Wu étudie les propriétés optiques des nanomatériaux. Il existe trois axes de recherche principaux qui 1) caractérisent et contrôlent la dynamique de couplage d'un système hybride plasmonique/point quantique pour des applications en photonique et traitement optique de l'information, 2) étudient l'interaction entre les composants ferroélectriques et ferrimagnétiques dans les nanofils à hétérostructure multiferroïque en utilisant la seconde harmonique. génération, et 3) fonctionnaliser les polymères ferroélectriques en tant que plate-forme dynamique pour contrôler et manipuler les nanomatériaux tels que les points quantiques et les matériaux 2D.

Nous avons construit un ensemble important d'équipements à usage partagé qui fait officiellement partie du Nanocentre bien que la plupart se trouvent en fait dans les laboratoires des facultés de physique. Pour les équipements majeurs, nous avons plusieurs microscopes à force atomique, un fermenteur bactérien, un microscope confocal, deux SEM, un avec une résolution de 1 nm, un laser pulsé femtoseconde, plusieurs évaporateurs thermiques, plasma et e-gun, un graveur ionique réactif et plusieurs réfrigérateurs à dilution basse température.

La collaboration interdisciplinaire est courante, nous travaillons avec des personnes de la chimie, du génie mécanique, du génie électrique, de la faculté de médecine et du département d'histoire.

  • Yaroslaw Bazaliy
  • Thomas M. Crawford
  • Richard J. Creswick
  • Scott R. Crittenden
  • Timir Datta
  • James M. Chevalier
  • Milind N. Kunchur
  • Yuriy Pershin
  • Yanwen Wu

Notre groupe a été à l'avant-garde pour répondre à certaines des questions les plus fondamentales de la mécanique quantique. Les sujets pour lesquels le groupe a acquis une reconnaissance mondiale comprennent les aspects non locaux tels que l'effet Aharonov-Bohm, les aspects géométriques et topologiques tels que la phase Aharonov-Anandan et les nouvelles approches de la mesure quantique telles que les mesures de protection et de faiblesse. Ces efforts ont conduit à de nouvelles prédictions et applications directement testables dans divers domaines tels que la chimie, la physique de la matière condensée, la physique des particules élémentaires, l'astrophysique et la cosmologie.

Les particules très fondamentales trouvées dans la nature sont les leptons (les électrons et leurs cousins ​​chargés, et les neutrinos) et les quarks. Le modèle standard (SM) décrit comment ceux-ci interagissent via les forces fortes et électrofaibles. Notre groupe étudie les neutrinos qui ont un comportement déroutant inexpliqué par le modèle standard, nous étudions également la nature des forces SM, en mettant l'accent sur la recherche de nouveaux phénomènes qui pourraient se trouver au-delà.

En particulier, nous nous concentrons sur les études de particules qui contiennent les quarks bottom et charm. De telles désintégrations peuvent fournir des preuves de particules fondamentalement nouvelles ou de sources de violation de symétrie CP. Cette recherche fondamentale et d'autres sont menées à l'aide des données recueillies par les expériences Belle et Belle II au KEK au Japon.
Nous nous concentrons également sur d'autres études sur la physique des neutrinos.

  • Sanjib Mishra
  • Roberto Petti
  • Douce Purohit
  • Carl Rosenfeld
  • Jeff Wilson

La physique des hadrons et des noyaux est basée sur l'interaction forte. There are two experimentally verified perturbative quantum field theories that describe nuclear phenomena: perturbative Quantum Chromodynamics (pQCD) at small distances which is governed by gluon fields and Chiral Perturbation Theory (ChPT) at larger distances which is governed by pion fields. However, the non-abelian nature of the strong interaction gives rise to a non-perturbative "confinement regime" at intermediate distances where more than 98% of the mass of normal matter is generated. A major goal of present day nuclear physics is to understand the connection of the two perturbative regimes and the transition from one to the other. The medium energy nuclear physics group at the University of South Carolina (USC) is devoted to find and carry out the most pressing experiments using electromagnetic probes that broaden our understanding of the nuclear force in the confinement regime. The group's activities are therefore concentrated on in-medium modifications of hadronic properties and baryon spectroscopy. The research program uses multi-GeV photon and electron beams at the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) located at the Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory (JLab).

One of the fundamental forces in nature is the strong interaction, which is responsible for (among other things) the existence of atomic nuclei. The particles that take part in the strong interaction are called hadrons. The main research theme of the Nuclear Theory Group is the study of hadrons and their aggregates such as nuclei and neutron stars. This line of study is of great interest in its own right, but its importance is further augmented by the following aspects:

It sheds light on the relation between the hadronic phenomena and the underlying fundamental interaction among quarks, which are the basic building blocks of hadrons.
The understanding of many astrophysical phenomena depends on our knowledge of relevant nuclear reactions.
The experimental studies of the fundamental processes (e.g., neutrino oscillation experiments) require input from hadron and nuclear physics for their accurate interpretations.

Currently, a main thrust of our research is directed to the application of effective field theory (known as chiral perturbation theory) to nuclear systems with the view to giving accurate predictions to the cross sections for various hadronic, electromagnetic and weak-interaction processes, in particular for those which are relevant to astrophysics and/or neutrino oscillation experiments.

Particle Astrophysics focuses on phenomena in astrophysics and cosmology associated with the properties of elementary particles ranging from neutrinos to Weakly Interacting Massive Particles (WIMPS), hypothesized as the Cold Dark Matter (CDM). The USC group was early in the field and made the first terrestrial CDM search. CDM is needed to explain the dynamics of galaxies and important features of cosmological models used to explain the evolution of the universe. The gravitational effects of CDM on the velocity distribution of stars in spiral galaxies, is well established. It was motivated by the discovery in 1933 by Fritz Zwicky that far more mass is needed to explain the dynamics of Globular Clusters than appears in stars and dust. In 1985, the USC group, inspired by the astrophysics group at Max Planck Institute in Munich, led the first terrestrial search for the CDM in the Homestake goldmine in Lead, South Dakota. The USC has also led several searches for elementary particles called axions emitted by the sun. Axions result in the theory by Roberto Peccei and Helen Quinn that explains why the strong interactions of quantum chromodynamics, do not violate charge-parity (C-P) symmetry. The USC group now concentrates on the MAJORANA, and CUORE Experiments which are searches for the exotic zero-neutrino nuclear double-beta decay (0νββ − decay) which is only possible if neutrinos have mass and are their own antiparticles (Majorana particles). (0νββ − decay also violates the law of lepton-number conservation. Neutrino oscillation experiments imply that neutrinos may well have enough mass to allow this decay to be measurable, but they can only measure mass differences. The measurement of the decay rate would determine the absolute masses of all three neutrino mass eigenstates.

  • Frank T. Avignone III
  • Richard J. Creswick
  • Vincente E. Guiseppe
  • Carl Rosenfeld
  • David J. Tedeschi

Theoretical physics group (Altschul, Gudkov, Mazur, and Schindler) is involved with research in several areas of theoretical physics ranging from quantum aspects of gravity and cosmology, neutron physics and CP, P and T non-conservation in nuclear reactions to exotic physics from beyond the standard model such as breaking of Lorentz invariance.

The professor Altschul's research focuses on the possibility of exotic physics beyond the standard model of particle physics such as Lorentz symmetry breaking. He is working on astrophysical tests of relativity. This work concerns obtaining limits on Lorentz invariance violation (LIV) from synchrotron and inverse Compton sources, the limits on neutron LIV from pulsar timing.

Professor Gudkov is working on theoretical problems related to the experimental program in fundamental neutron physics at the SNS such as neutron beta-decay, parity and time reversal violation effects. This work is connected with the search for possible extensions of the standard model. His research subjects range from the applications of a neutron interferometric methods to subjects such as constraining non-Newtonian models of gravity at the nanometer scale, that has emerged as a result of phenomenological applications of string models, to scattering of ultra cold neutrons on nano-size bubbles, neutron beta decay in effective field theory and CP-violation effects in nuclear reactions.

The professor Mazur's research focuses on quantum aspects of gravity and cosmology. His work on quantum mechanics of black holes and black hole thermodynamics has led to the theory of gravastars. Gravastars are ultra-cold and superdense thermally stable (positive heat capacity) macroscopic quantum objects that are the final state of gravitational collapse of matter. One may think of them as quantum superfluid droplets. It is the superfluid nature of gravastars that offers the signature distinguishing them from classical black holes. The present observational methods are reaching the limits that will allow to test the gravastar scenario for the final state of gravitational collapse. Mazur and his collaborators have also discovered the connection between quantum field theories on de Sitter space and conformal field theories (CFT) on the boundary, that is the so-called dS/CFT correspondence. Some applications of the dS/CFT results are the extension of the Harrison, Zeldovich and Peebles-Yu scaling in two-point correlations of the primordial density fluctuations, and in the microwave background radiation, to the general case of three-point and higher correlations.

Professor Schindler is working on problems in hadronic physics related to the strong and weak interactions. He has worked on theoretical methods to describe the properties of single protons and neutrons as well as the interaction between two and more nucleons. His current research focuses on fundamental symmetries in two- and few-nucleon systems. This work is related to ongoing experimental efforts at neutron facilities such as the Spallation Neutron Source at Oak Ridge National Laboratory.


The Black Hole Files with Camille Carlisle

Avid black hole enthusiast and S&T Science Editor Camille M. Carlisle explores new research on these enigmatic potholes in spacetime. She’ll dive into the behavior of the leviathans that lurk in galaxies’ hearts and sometimes blaze as quasars, analyze the smaller ones that smash together and make LIGO quiver, and even muse on questions like what lies beyond the event horizon and whether there are marauding black holes in the Milky Way. Because who doesn’t love black holes?


Thanksgiving

Black holes are regions of spacetime where, according to the rules of Einstein’s theory of general relativity, the curvature of spacetime is so dramatic that light itself cannot escape. Physical objects (those that move at or more slowly than the speed of light) can pass through the “event horizon” that defines the boundary of the black hole, but they never escape back to the outside world. Black holes are therefore black — even light cannot escape — thus the name. At least that would be the story according to classical physics, of which general relativity is a part. Adding quantum ideas to the game changes things in important ways. But we have to be a bit vague — “adding quantum ideas to the game” rather than “considering the true quantum description of the system” — because physicists don’t yet have a fully satisfactory theory that includes both quantum mechanics and gravity.

The story goes that in the early 1970’s, James Bardeen, Brandon Carter, and Stephen Hawking pointed out an analogy between the behavior of black holes and the laws of good old thermodynamics. For example, the Second Law of Thermodynamics (“Entropy never decreases in closed systems”) was analogous to Hawking’s “area theorem”: in a collection of black holes, the total area of their event horizons never decreases over time. Jacob Bekenstein, who at the time was a graduate student working under John Wheeler at Princeton, proposed to take this analogy more seriously than the original authors had in mind. He suggested that the area of a black hole’s event horizon really est its entropy, or at least proportional to it.

This annoyed Hawking, who set out to prove Bekenstein wrong. After all, if black holes have entropie then they should also have a Température, and objects with nonzero temperatures give off blackbody radiation, but we all know that black holes are black. But he ended up actually proving Bekenstein right black holes do have entropy, and temperature, and they even give off radiation. We now refer to the entropy of a black hole as the “Bekenstein-Hawking entropy.” (It is just a useful coincidence that the two gentlemen’s initials, “BH,” can also stand for “black hole.”)

Consider a black hole whose area of its event horizon is . Then its Bekenstein-Hawking entropy is

is the speed of light, is Newton’s constant of gravitation, and is Planck’s constant of quantum mechanics. A simple formula, but already intriguing, as it seems to combine relativity (), gravity (), and quantum mechanics () into a single expression. That’s a clue that whatever is going on here, it something to do with quantum gravity. And indeed, understanding black hole entropy and its implications has been a major focus among theoretical physicists for over four decades now, including the holographic principle, black-hole complementarity, the AdS/CFT correspondence, and the many investigations of the information-loss puzzle.

But there exists a prior puzzle: what is the black hole entropy, anyway? What physical quantity does it describe?

Entropy itself was invented as part of the development of thermodynamics is the mid-19th century, as a way to quantify the transformation of energy from a potentially useful form (like fuel, or a coiled spring) into useless heat, dissipated into the environment. It was what we might call a “phenomenological” notion, defined in terms of macroscopically observable quantities like heat and temperature, without any more fundamental basis in a microscopic theory. But more fundamental definitions came soon thereafter, once people like Maxwell and Boltzmann and Gibbs started to develop statistical mechanics, and showed that the laws of thermodynamics could be derived from more basic ideas of atoms and molecules.

Hawking’s derivation of black hole entropy was in the phenomenological vein. He showed that black holes give off radiation at a certain temperature, and then used the standard thermodynamic relations between entropy, energy, and temperature to derive his entropy formula. But this leaves us without any definite idea of what the entropy actually represents.

One of the reasons why entropy is thought of as a confusing concept is because there is more than one notion that goes under the same name. To dramatically over-simplify the situation, let’s consider three different ways of relating entropy to microscopic physics, named after three famous physicists:

  • Boltzmann entropy says that we take a system with many small parts, and divide all the possible states of that system into “macrostates,” so that two “microstates” are in the same macrostate if they are macroscopically indistinguishable to us. Then the entropy is just (the logarithm of) the number of microstates in whatever macrostate the system is in.
  • Gibbs entropy is a measure of our lack of knowledge. We imagine that we describe the system in terms of a probability distribution of what microscopic states it might be in. High entropy is when that distribution is very spread-out, and low entropy is when it is highly peaked around some particular state.
  • von Neumann entropy is a purely quantum-mechanical notion. Given some quantum system, the von Neumann entropy measures how much entanglement there is between that system and the rest of the world.

These seem like very different things, but there are formulas that relate them to each other in the appropriate circumstances. The common feature is that we imagine a system has a lot of microscopic “degrees of freedom” (jargon for “things that can happen”), which can be in one of a large number of states, but we are describing it in some kind of macroscopic coarse-grained way, rather than knowing what its exact state actually is. The Boltzmann and Gibbs entropies worry people because they seem to be subjective, requiring either some seemingly arbitrary carving of state space into macrostates, or an explicit reference to our personal state of knowledge. The von Neumann entropy is at least an objective fact about the system. You can relate it to the others by analogizing the wave function of a system to a classical microstate. Because of entanglement, a quantum subsystem generally cannot be described by a single wave function the von Neumann entropy measures (roughly) how many different quantum must be involved to account for its entanglement with the outside world.

So which, if any, of these is the black hole entropy? To be honest, we’re not sure. Most of us think the black hole entropy is a kind of von Neumann entropy, but the details aren’t settled.

One clue we have is that the black hole entropy is proportional to the area of the event horizon. For a while this was thought of as a big, surprising thing, since for something like a box of gas, the entropy is proportional to its total volume, not the area of its boundary. But people gradually caught on that there was never any reason to think of black holes like boxes of gas. In quantum field theory, regions of space have a nonzero von Neumann entropy even in empty space, because modes of quantum fields inside the region are entangled with those outside. The good news is that this entropy is (often, approximately) proportional to the area of the region, for the simple reason that field modes near one side of the boundary are highly entangled with modes just on the other side, and not very entangled with modes far away. So maybe the black hole entropy is just like the entanglement entropy of a region of empty space?

Would that it were so easy. Two things stand in the way. First, Bekenstein noticed another important feature of black holes: not only do they have entropy, but they have the most entropy that you can fit into a region of a fixed size (the Bekenstein bound). That’s very different from the entanglement entropy of a region of empty space in quantum field theory, where it is easy to imagine increasing the entropy by creating extra entanglement between degrees of freedom deep in the interior and those far away. So we’re back to being puzzled about why the black hole entropy is proportional to the area of the event horizon, if it’s the most entropy a region can have. That’s the kind of reasoning that leads to the holographic principle, which imagines that we can think of all the degrees of freedom inside the black hole as “really” living on the boundary, rather than being uniformly distributed inside. (There is a classical manifestation of this philosophy in the membrane paradigm for black hole astrophysics.)

The second obstacle to simply interpreting black hole entropy as entanglement entropy of quantum fields is the simple fact that it’s a finite number. While the quantum-field-theory entanglement entropy is proportional to the area of the boundary of a region, the constant of proportionality is infinity, because there are an infinite number of quantum field modes. So why isn’t the entropy of a black hole equal to infinity? Maybe we should think of the black hole entropy as measuring the amount of entanglement over and above that of the vacuum (called the Casini entropy). Maybe, but then if we remember Bekenstein’s argument that black holes have the most entropy we can attribute to a region, all that infinite amount of entropy that we are ignoring is literally inaccessible to us. It might as well not be there at all. It’s that kind of reasoning that leads some of us to bite the bullet and suggest that the number of quantum degrees of freedom in spacetime is actually a finite number, rather than the infinite number that would naively be implied by conventional non-gravitational quantum field theory.

So — mysteries remain! But it’s not as if we haven’t learned anything. The very fact that black holes have entropy of some kind implies that we can think of them as collections of microscopic degrees of freedom of some sort. (In string theory, in certain special circumstances, you can even identify what those degrees of freedom are.) That’s an enormous change from the way we would think about them in classical (non-quantum) general relativity. Black holes are supposed to be completely featureless (they “have no hair,” another idea of Bekenstein’s), with nothing going on inside them once they’ve formed and settled down. Quantum mechanics is telling us otherwise. We haven’t fully absorbed the implications, but this is surely a clue about the ultimate quantum nature of spacetime itself. Such clues are hard to come by, so for that we should be thankful.


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Loeb was born in Beit Hanan, [13] Israel in 1962. He took part in the national Talpiot program before receiving a PhD in plasma physics, at age 24, from the Hebrew University in Jerusalem, in 1986. From 1983 to 1988, he led the first international project supported by the U.S. Strategic Defense Initiative. Between 1988 and 1993, Loeb was a long-term member at the Institute for Advanced Study at Princeton, where he started to work in theoretical astrophysics. In 1993, he moved to Harvard University as an assistant professor in the department of astronomy, where he was tenured three years later. [4] [6] [2]

Loeb has written eight books and authored or co-authored about 800 papers on a broad range of research areas in astrophysics and cosmology, [2] [5] including the first stars, the epoch of reionization, the formation and evolution of massive black holes, the search for extraterrestrial life, gravitational lensing by planets, gamma-ray bursts at high redshifts, 21-cm cosmology, the use of the Lyman-alpha forest to measure the acceleration/deceleration of the universe in real time (the so-called "Sandage–Loeb test" [14] ), the future collision between the Milky Way and Andromeda galaxies, [15] the future state of extragalactic astronomy, [16] astrophysical implications of black hole recoil in galaxy mergers, [17] tidal disruption of stars, [18] and imaging black hole silhouettes. [19] [3] In 2010, he wrote a textbook entitled How Did the First Stars and Galaxies Form? [20] [21]

In 1992, Loeb suggested, with Andy Gould, that exoplanets could be detected through gravitational microlensing. In 1993, he proposed the use of the C+ fine-structure line to discover galaxies at high redshifts. In 2005, he predicted, in a series of papers with his postdoc at the time, Avery Broderick, how a hot spot in orbit around a black hole would appear their predictions were confirmed in 2018 by the GRAVITY instrument on the Very Large Telescope which observed a circular motion of the centroid of light of the black hole at the center of the Milky Way, Sagittarius A*. In 2009, Broderick and Loeb predicted the shadow of the black hole in the giant elliptical galaxy Messier 87, which was imaged in 2019 by the Event Horizon Telescope. In 2013, a report was published on the discovery of the "Einstein Planet" Kepler-76b, [22] the first Jupiter size exoplanet identified through the detection of relativistic beaming of its parent star, based on a technique proposed by Loeb and Gaudi in 2003. [23] In addition, a pulsar was discovered around the supermassive black hole, Sagittarius A*, [24] following a prediction by Pfahl and Loeb in 2004. [25] Also, a hypervelocity star candidate from the Andromeda galaxy was discovered, [26] as predicted by Sherwin, Loeb, and O'Leary in 2008. [27] Together with his postdoc, James Guillochon, Loeb predicted the existence of a new population of stars moving near the speed of light throughout the universe. [28] Together with his postdoc John Forbes and Howard Chen of Northwestern University, Loeb made another prediction that sub-Neptune sized exoplanets have been transformed into rocky super-Earths by the activity of Milky Way's central supermassive black hole Sagittarius A*. [29]

Together with Paolo Pani, Loeb showed in 2013 that primordial black holes in the range between the masses of the Moon and the Sun cannot make up the dark matter. [30]

Loeb led a team that reported tentative evidence for the birth of a black hole in the young nearby supernova SN 1979C. [31]

In collaboration with Dan Maoz, Loeb demonstrated in 2013 that biomarkers, such as molecular oxygen ( O
2 ), can be detected by the James Webb Space Telescope (JWST) in the atmosphere of Earth-mass planets in the habitable zone of white dwarfs. [32]

Early universe Edit

In a series of papers with his students and postdocs, Loeb addressed how and when the first stars and black holes formed and what effects they had on the young universe.

Together with his former student Steve Furlanetto, Loeb published a textbook, The First Galaxies in the Universe. [33]

In 2013, Loeb introduced the new concept of "The Habitable Epoch of the Early Universe", [34] [35] and mentored Harvard undergraduate, Henry Lin, in the study of industrial pollution on exoplanets as a new method to search for extraterrestrial civilizations. [36] In April 2021, Loeb presented an updated summary of his ideas of life in the early universe. [37]

Panspermia Edit

In 2020, Loeb published a research paper about the possibility that life can propagate from one planet to another, [38] followed by the opinion piece "Noah’s Spaceship" about directed panspermia. [39]

ʻOumuamua Edit

In December 2017, Loeb cited ʻOumuamua's unusually elongated shape as one of the reasons why the Green Bank Telescope in West Virginia should listen for radio emissions from it to see if there were any unexpected signs that it might be of artificial origin, [40] although earlier limited observations by other radio telescopes such as the SETI Institute's Allen Telescope Array had produced no such results. [41] On December 13, 2017, the Green Bank Telescope observed the asteroid for six hours. No radio signals from ʻOumuamua have been detected. [42] [43]

On October 26, 2018, Loeb and his postdoctoral student Shmuel Bialy submitted a paper exploring the possibility of the interstellar object ʻOumuamua being an artificial thin solar sail accelerated by solar radiation pressure in an effort to help explain the object's non-gravitational acceleration. [44] [45] [46] Other scientists have stated that the available evidence is insufficient to consider such a premise, [47] [48] [49] and that a tumbling solar sail would not be able to accelerate. [50] [51] In response, Loeb wrote an article detailing six anomalous properties of ʻOumuamua that make it unusual, unlike any comets or asteroids seen before. [52] [53]

On November 27, 2018, Loeb and Amir Siraj, an undergraduate student at Harvard College, proposed a search for ʻOumuamua-like objects which might be trapped in the Solar System as a result of losing orbital energy through a close encounter with Jupiter. [54] They identified four candidates (2011 SP25, 2017 RR2, 2017 SV13, and 2018 TL6) for trapped interstellar objects which could be visited by dedicated missions. The authors pointed out that future sky surveys, such as with Large Synoptic Survey Telescope, could find many more. [55]

In public interviews and private communications with reporters and academic colleagues, Loeb has become more and more vocal regarding the prospects of proving the existence of alien life. [56]

On April 16, 2019, Loeb and Siraj reported the discovery of the first meteor of interstellar origin. [12]

In 2006, Loeb was featured in a Temps magazine cover story on the first stars, and in a Scientifique américain article on the Dark Ages of the universe. In 2008, he was featured in a Smithsonian magazine cover story on black holes, and in two Astronomie magazine cover stories, one on the collision between the Milky Way and the Andromeda Galaxy and the second on the future state of our universe. In 2009, Loeb reviewed in a Scientifique américain article a new technique for imaging black hole silhouettes. Loeb received considerable media attention [61] after proposing in 2011 (with E.L. Turner) a new technique for detecting artificially-illuminated objects in the Solar System and beyond, [62] and showing in 2012 (with I. Ginsburg) that planets may transit hypervelocity stars or get kicked to a fraction of the speed of light near the black hole at the center of the Milky Way. [63]

La science magazine published an article about Loeb's career in April 2013, [64] and Discover reviewed his research on the first stars in April 2014. [65] The New York Times published a science profile of Loeb in December 2014. [66] In May 2015, Astronomie posted a podcast of an hour-long interview with Loeb in its series entitled "Superstars of Astronomy". [67] In April 2016, Stephen Hawking visited Loeb's home and attended the inaugurations of the Starshot and Black Hole Initiatives that Loeb leads. [68]

Loeb's eBook on Kindle details his career path from childhood on a farm with interests in philosophy to chairing the Harvard astronomy department and directing the ITC, and includes opinion essays on the importance of taking risks in research and promoting diversity. Loeb writes opinion essays on science and policy. [69] [70]

On January 14, 2021 Loeb appeared on the Lex Fridman Podcast (#154), [71] on January 16, 2021, on the Joe Rogan Experience podcast (#1596). [72]


Voir la vidéo: Ce Qui Tarriverait À Lintérieur Dun Trou Noir (Juillet 2021).