Czy możliwe jest wykrycie pary czarna dziura-gwiazda neutronowa przed ich połączeniem?
Od początku swojej działalności, obserwatoria fal grawitacyjnych zaobserwowały kilka połączeń, w skład których wchodziły czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Zarówno czarne dziury jak i gwiazdy neutronowe są następstwem supernowych, zatem czy możemy zidentyfikować parę takich obiektów zanim się one połączą?
Pierwsze połączenie się dwóch czarnych dziur zostało wykryte przez Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) w 2015 roku. Od tego czasu LIGO i Virgo zaobserwowały kilka połączeń podwójnych czarnych dziur i dwóch gwiazd neutronowych. Co ciekawe, oba obserwatoria znalazły również kandydatów na połączenie się czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Jak więc powstają przodkowie takich połączeń?
Jedna z możliwości jest taka, że czarna dziura i gwiazda neutronowa spotykają się w gęsto zaludnionych obszarach kosmosu i po prostu łączą się w pary. Inna możliwość jest taka, że te pary gęstych obiektów wychodzą od masywnych gwiazd w układzie podwójnym i ewoluują, aż osiągną formę sprzed połączenia.
W obu scenariuszach występują supernowe, gdyż gwiazdy ewoluują, aby stać się gwiazdami neutronowymi lub czarnymi dziurami. Istnieje jednak ciekawa uwaga dotycząca drugiego scenariusza, jeżeli jedna z gwiazd stanie się czarną dziurą zanim druga zakończy swoją ewolucję: w jaki sposób czarna dziura oddziałuje z supernową wywołaną przez jej towarzysza?
W niedawnym badaniu grupa naukowców pod kierownictwem He Gao (Beijing Normal University, China) zajęła się tą kwestią.
Gao i współpracownicy oszacowali najpierw, ile masy i energii zostanie uwolnione przez masywną gwiazdę zamieniającą się w supernową. Nałożyli również ograniczenia na prędkość wyrzucanej masy, ponieważ odegrałaby ona ważną rolę w określeniu interakcji z czarną dziurą.
Gdyby jakakolwiek materia wpadła do sfery wpływów czarnej dziury, spowodowałoby to uwolnienie energii na wiele sposobów, na przykład w postaci dżetów lub wypływów. Zespół Gao ustalił, że te uwolnienia energii mogą następować w skalach czasowych podobnych do supernowej. Co zatem otrzymamy, gdy spojrzymy na całkowitą energię uwolnioną przez protoplastę połączenia?
Jeżeli wykreślimy jasność supernowej od początku do końca, otrzymamy krzywą jasności, która osiąga szczyt bardzo szybko, a następnie powoli się zmniejszy. Krzywa ta może się zmienić w zależności od typu supernowej, ale ogólnie rzecz biorąc, większość supernowych ma charakterystyczny kształt na wykresie jasność-czas.
W protoplaście połączenia energia uwolniona przez wyrzuconą materię oddziałującą z czarną dziurą zakłóciłaby tę charakterystyczną krzywą blasku supernowej. Zakres tego zakłócenia zależałby od wielu czynników, ale zespół zauważył, że przynajmniej niewielka część tych rozerwanych supernowych może zostać wykryta.
Gdybyśmy zaobserwowali wiele takich rozerwanych supernowych, moglibyśmy porównać tempo, w jakim występują, z szybkością wykrycia odpowiednich połączeń przez obserwatoria fal grawitacyjnych. Wynik może nam wskazać jeden z dwóch scenariuszy, które prowadzą do powstania progenitorów połączeń. Tak więc potrzeba więcej obserwacji!
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
