Tajemnica, w jaki sposób czarne dziury łączą się i zderzają, zaczyna się wyjaśniać

W zeszłym roku naukowcy ogłosili, że zaobserwowali fale grawitacyjne, nieuchwytne i od dawna pożądane zmarszczki w czasoprzestrzeni, których istnienie zaproponował Albert Einstein. Fale powstały w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur znajdujących się zaledwie 1,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi a uwolniona energia falowała przez Wszechświat, podobnie jak marszczy się powierzchnia stawu.

Detekcja przeprowadzona przez interferometr LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), wraz z dwoma kolejnymi odkryciami fal grawitacyjnych, potwierdza wielkie przewidywanie ogólnej teorii względności Einsteina z 1915 roku i zwiastuje nową erę w fizyce, umożliwiając naukowcom badanie Wszechświata w nowy sposób – wykorzystując grawitację zamiast światła.

Jednak podstawowe pytanie pozostaje bez odpowiedzi: jak i dlaczego czarne dziury się łączą i zderzają?

Aby czarne dziury się połączyły, muszą znaleźć się blisko siebie (według standardów astronomicznych), nie dalej niż około ⅕ odległości Ziemia – Słońce. Jednak tylko gwiazdy o bardzo dużych masach mogą stać się czarnymi dziurami a w ciągu swojego życia gwiazdy te rozszerzają się, stając się jeszcze większymi.

W wynikach badań opublikowanych w Nature Communications, wykorzystuje się nowy model zwany COMPAS (Compact Object Mergers: Population Astrophysics and Statistics - Połączenie obiektów zwartych: populacja astrofizyczna i naukowa), aby odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób duże gwiazdy podwójne, które ostatecznie staną się czarnymi dziurami, mieszczą się w tak bardzo małej orbicie. COMPAS umożliwia naukowcom wykonanie swojego rodzaju „paleontologii” fal grawitacyjnych.

„Paleontolog może się dowiedzieć, jak wyglądał dinozaur badając jego szkielet. Podobnie my możemy badać łączenie się czarnych dziur i wykorzystać te obserwacje, aby dowiedzieć się, w jaki sposób gwiazdy oddziaływały podczas ich krótkiego, ale intensywnego życia” - powiedział w oświadczeniu Ilia Mandel z Uniwersytetu Birmingham w Wielkiej Brytanii, i autor publikacji.

Astronomowie odkryli, że nawet dwie dość odległe gwiazdy „przodkowie” mogą wejść ze sobą w interakcję w momencie rozszerzania się, uczestnicząc w wielu epizodach transferu masy.

Naukowcy zaczęli analizować trzy przypadki fal grawitacyjnych wykrytych przez LIGO i próbowali sprawdzić, czy wszystkie trzy kolizje czarnych dziur ewoluowały w ten sam sposób.

Proces zaczyna się od dwóch masywnych gwiazd-przodków znajdujących się w dość dużej odległości od siebie. Gdy gwiazdy się rozszerzają, zbliżają się do siebie tak bardzo, że nie mogą się wydostać spod wspólnej grawitacji, zaczynając oddziaływać i uczestniczyć w epizodach transferu masy. Prowadzi to do bardzo szybkiego, dynamicznie niestabilnego zdarzenia, które otacza oba gwiezdne jądra gęstą chmurą gazu wodorowego.

Wymaga kilku milionów lat, aby powstały dwie czarne dziury, z możliwym rzeczywistym opóźnieniem miliardów lat, zanim czarne dziury połączą się i stworzą pojedynczą, większą czarną dziurę. Ale samo połączenie może być szybkie i gwałtowne.

Naukowcy stwierdzili, że symulacje z COMPAS pomogły zespołowi zrozumieć typowe właściwości gwiazd podwójnych, które mogą tworzyć takie pary łączących się czarnych dziur i otoczenia, gdzie może się to wydarzyć.

Na przykład zespół odkrył, że połączenie się czarnych dziur o wyraźnie nierównych masach byłoby mocnym dowodem na to, że gwiazdy powstały prawie wyłącznie z wodoru i helu (tak zwane gwiazdy o niskiej metaliczności) oraz innych pierwiastków, które stanowią nie więcej, niż 0,1% materii gwiazdy. Astronomowie zdołali także stwierdzić, że wszystkie trzy zdarzenia wykryte przez LIGO powstały w otoczeniu o niskiej metaliczności.

Zespół nadal będzie wykorzystywać program COMPAS do lepszego zrozumienia, w jaki sposób mogły powstać układy podwójne czarnych dziur odkryte przez LIGO oraz jak przyszłe obserwacje mogłyby nas poinformować o najbardziej katastroficznych wydarzeniach we Wszechświecie.

Źródło:
Space.com

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

Popularne posty z tego bloga

Słaby, odległy obiekt odkryty na krańcach Pasa Kuipera

Ostatni duży posiłek naszej czarnej dziury