Masywne podwójne układy kontaktowe otwierają nowe okno na ewolucję gwiazd
W 2015 roku pierwsza bezpośrednia obserwacja fal grawitacyjnych została przeprowadzona przez Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). Wykryty sygnał, nazwany GW150914, dostarczył nie tylko najbardziej rygorystycznego testu ogólnej teorii względności Einsteina, ale była to również pierwsza obserwacja dwóch łączących się czarnych dziur. Potwierdziło to istnienie czarnych dziur, układów podwójnych czarnych dziur o masach gwiazdowych i dowiodło, że mogą się one łączyć w obecnym wieku Wszechświata.
Od czasu tego pierwszego wykrycia, LIGO wykrył znacznie więcej połączeń czarnych dziur, ale naukowcy nadal są bardzo zdziwieni: wiele z tych połączeń, w tym GW150914, zawiera układy, których składowe czarne dziury mają masy ponad 20 mas Słońca każda – niektóre znacznie więcej. Są to masywne czarne dziury – cięższe niż jakiekolwiek wcześniej znane czarne dziury z obserwacji rentgenowskich układów podwójnych – co nasuwa pytanie: jak powstały? Ostatnie badanie ma na celu odpowiedzieć na to pytanie.
LIGO rejestruje (część) zbliżania się po spirali i połączenia orbitujących czarnych dziur. LIGO może rejestrować te zdarzenia tylko wtedy, gdy zachodzą one w czasie ich życia – oznacza to, że gwiezdni prekursorzy muszą zapaść się do postaci czarnych dziur, zanim dojdzie do połączenia, a późniejsze orbitujące czarne dziury muszą zbliżyć się do siebie po spirali i połączyć w epoce Wszechświata. Aby tak się stało, czarne dziury muszą być duże i znajdować się blisko siebie; jednak gwiezdni przodkowie dostatecznie duzi i wystarczająco bliscy, aby utworzyć układ podwójny czarnych dziur, który krążyłby wokół wspólnego środka masy po spirali i ostatecznie połączył się w epoce Wszechświata i mógłby generować fale grawitacyjne wykrywane przez LIGO, byliby zbyt duzi i zbyt blisko siebie; więc najpierw łączą się, a następnie zapadają się do czarnych dziur.
Zatem, detekcja LIGO rodzi intrygujące pytanie: w jaki sposób czarne dziury stały się tak masywne? I jak to się stało, że były tak blisko siebie?
Jako możliwe rozwiązanie zaproponowano chemicznie jednolitą ewolucję (CHE – Chemically Homogeneous Evolution). Szybkie wirowanie miesza gwiazdę, prowadząc do tego, że jej wnętrze staje się jednorodne a nie tylko samo jądro. Gorąca, szybko wirująca, jednorodna chemicznie gwiazda nie rozszerza się wraz z wiekiem, jak robi to konwencjonalnie ewoluująca gwiazda. Model chemicznie jednorodnej ewolucji zaczyna się od pary ciasnych, masywnych gwiazd wirujących wokół siebie niezwykle szybko – tak ciasno, że zostają zablokowane pływowo, co doprowadza do szybkiego wirowania gwiazd wokół własnych osi. Gwiazdy składowe tego masywnego układu podwójnego o nadmiernym kontakcie ostatecznie zapadają się do czarnych dziur, które są teraz wystarczająco blisko, aby krążąc po spirali połączyły się w epoce Wszechświata.
Po raz pierwszy naukowcy badają jednocześnie konwencjonalną ewolucję izolowanych gwiazd podwójnych i jednolitą chemicznie ewolucję, opierając się na tym samym zestawie założeń. Takie podejście pozwala naukowcom na ograniczenie właściwości populacji i dokonanie jednoczesnych prognoz dotyczących wskaźników wykrywania fal grawitacyjnych pochodzących z łączących się podwójnych czarnych dziur dla kanałów chemicznie jednolitej i konwencjonalnej ewolucji.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
