Przejdź do głównej zawartości

Pochodzenie i orbity zderzających się czarnych dziur

Liczba łączących się czarnych dziur wykrywanych przez detektory fal grawitacyjnych LIGO-Virgo nadal rośnie. Najnowsza publikacja danych daje łącznie prawie 50 kolizji! Ale w jaki sposób te układy podwójne z czarną dziurą w ogóle powstają?


Dwa kanały formowania się
Zanim dwie czarne dziury zderzą się i wyemitują fale grawitacyjne, muszą najpierw zostać połączone w okrążającą się nawzajem parę.

Istnieją dwie wiodące teorie na temat tego, jak takie pary czarnych dziur mogą powstawać w naszym Wszechświecie. W ewolucji odosobnionego układu podwójnego, dwie masywne gwiazdy w gwiazdowym układzie podwójnym niezależnie ewoluują w czarne dziury. Podczas dynamicznych spotkań pojedyncze czarne dziury łączą się w pary w układy podwójne poprzez oddziaływanie grawitacyjne w centrum gęstej, zatłoczonej gromady gwiazd.

Dwie wskazówki obserwacyjne
Jak możemy określić, który kanał formowania się wytworzył układ podwójny czarnych dziur, jakie do tej pory wykryliśmy? W szczególności dwie sygnatury obserwacyjne mogą wskazywać na dynamiczne połączenie:

1. Niewspółosiowość wirowania
Ze względu na zachowanie momentu pędu oczekuje się, że czarne dziury w izolowanym układzie podwójnym będą miały wyrównane spiny. Z drugiej strony czarne dziury, które łączą się w pary poprzez dynamiczne spotkania, mogą mieć losowe, niewyrównane orbity.

2. Ekscentryczność orbity
Jeżeli układ podwójny ewoluuje w izolacji, wszelkie początkowe mimośrody są tłumione na długo przed połączeniem się czarnych dziur. Jednak w dynamicznym scenariuszu, nagle utworzone układy podwójne mogą się połączyć, zanim ich orbity staną się cykliczne.

Zdecydowana większość wykrytych do tej pory połączeń wiązała się z sygnałami fal grawitacyjnych zgodnymi z układami podwójnymi o małej masie, wyrównanym spinem i kołowymi orbitami – co uniemożliwia nam rozróżnienie między dwoma kanałami formowania się. Ale jedno zdarzenie połączenia się dwóch czarnych dziur jest obiecującym kandydatem do dalszych badań: GW190521.

Jedna intrygująca kolizja
Zdarzenie GW190521 ustanowiło rekordy jako waga ciężka: łączące się składniki miały ~85 i ~66 mas Słońca. Te niezwykle duże czarne dziury już wskazują na dynamiczną formację układu podwójnego: łatwiej jest wyjaśnić czarne dziury o tej masie, jeżeli rosły one w wyniku kolejnych fuzji w gęstym środowisku gwiazdowym.

Teraz zespół naukowców pod kierownictwem Isobel Romero-Shaw (Uniwersytet Monash i OzGrav, Australia) podąża za tą wskazówką, modelując sygnał GW190521 z różnymi przebiegami, aby zbadać ekscentryczność układu podwójnego i wyrównanie spinu.

Romero-Shaw i jej współpracownicy pokazują, że obecnie nie jesteśmy w stanie rozróżnić dwóch modeli: jednego z niezerową ekscentrycznością i wyrównanymi spinami, a drugiego z orbitą kołową ale z niewyrównanymi spinami. Oba modele są jednak bardzo preferowane w stosunku do modeli z kołowymi orbitami i wyrównanymi spinami – co oznacza, że dla GW190521 prawdopodobnie zostanie utworzony kanał dynamicznej formacji.

Ponieważ detektory LIGO-Virgo nadal gromadzą detekcje, być może wkrótce będziemy w stanie zbudować statystyczny obraz tego, jak powstały układy podwójne z czarnymi dziurami. Ale w międzyczasie dokładne modelowanie poszczególnych zderzeń, takich jak GW190521, dostarcza cennych informacji.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu. Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu. Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach. Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz. W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę.

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi. Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego. „Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy. Do odkrycia naukowc

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne. Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”. Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przeds