Juodosios skylės „karnavalai“ gali sukurti signalus, kuriuos mato gravitacinių bangų detektoriai


Menininko įspūdis apie juodųjų skylių kolekciją žvaigždžių spiečiaus šerdyje. Autoriai: ESA / Hablas, N. Bartmannas

Nuo 2015 m. LIGO-Virgo-KAGRA bendradarbiavimas aptiko apie 85 poras juodųjų skylių, kurios atsitrenkia viena į kitą. Dabar žinome, kad Einšteinas buvo teisus: šios sistemos sukuria gravitacines bangas, kai jos įkvepia viena kitą ir iškraipo erdvėlaikį savo milžiniškomis masėmis. Taip pat žinome, kad šios kosminės avarijos nutinka dažnai: gerėjant detektoriaus jautrumui, tikimės, kad šiuos įvykius pajus beveik kasdien per kitą stebėjimą, prasidėjusį 2023 m. Kol kas nežinome, kas tai sukelia. įvykti susidūrimai.

Juodosios skylės susidaro tada, kai masyvios žvaigždės mirti. Paprastai ši mirtis yra smurtinė, didžiulis energijos pliūpsnis, kuris sunaikintų arba atstumtų netoliese esančius objektus. Todėl sunku suformuoti dvi juodąsias skyles, kurios būtų pakankamai arti viena kitos, kad susijungtų visatos amžiuje. Vienas iš būdų juos sujungti yra sustumti juos tankiai apgyvendintoje aplinkoje, pavyzdžiui, centruose žvaigždžių spiečius.

Žvaigždžių spiečių juodosios skylės, kurios prasideda labai toli viena nuo kitos, gali būti sustumtos dviem mechanizmais. Pirma, yra masinė segregacija, dėl kurios masyviausi objektai nuskendo link gravitacinio potencialo šulinio vidurio. Tai reiškia, kad visos juodosios skylės išsisklaidė visoje klasteris turėtų išsisukti viduryje, sudarydamas nematomą „tamsią šerdį“. Antra, yra dinaminės sąveikos. Jei klasteryje susiporuoja dvi juodosios skylės, jų sąveikai gali turėti įtakos netoliese esančių objektų gravitacinė įtaka. Šios įtakos gali pašalinti orbitos energiją iš dvejetainio ir priartinti ją.

Masinė segregacija ir dinaminė sąveika, kuri gali vykti žvaigždžių spiečius, gali palikti pirštų atspaudus susiliejančių dvejetainių elementų savybėms. Viena iš pagrindinių savybių yra dvejetainės orbitos forma prieš pat susiliejimą. Kadangi žvaigždžių spiečių susiliejimas gali įvykti labai greitai, orbitos formos gali būti gana pailgos – mažiau panašios į ramų, ramų ratą, kurį Žemė brėžia aplink saulę, ir labiau į susmulkintą elipsę, kuria Halio kometa lenktyniauja lankydama ir išvykdama. saulės sistemos. Kai dvi juodosios skylės yra tokioje pailgoje orbitoje, jų gravitacinių bangų signalas turi būdingas moduliacijas ir gali būti tiriamas, kad būtų galima sužinoti, kur susitiko du objektai.

„OzGrav“ tyrėjų ir absolventų komanda kartu tyrinėja juodųjų skylių dvejetainių elementų orbitines formas. Grupė, vadovaujama daktaro Isobel Romero-Shaw (buvusio Monash universiteto, dabar įsikūrusi Kembridžo universitete), kartu su profesoriais Paulu Lasky ir Ericu Thrane’u iš Monasho universiteto nustatė, kad kai kurie LIGO-Virgo pastebėti dvejetainiai elementai. -KAGRA bendradarbiavimas iš tikrųjų gali turėti pailgas orbitas, o tai rodo, kad jie galėjo susidurti tankiai apgyvendintame žvaigždžių spiečiuje. Jų išvados rodo, kad didelė stebėtų dvejetainių juodųjų skylių susidūrimų dalis – mažiausiai 35 % – galėjo atsirasti žvaigždžių spiečiuose.

„Man patinka galvoti apie juodųjų skylių dvejetainius failus, pavyzdžiui, šokių partnerius“, – aiškina daktarė Romero-Shaw. „Kai pora Juodosios skylės vystosi kartu atskirai, jie tarsi pora, vieni atliekanti lėtą valsą pobūvių salėje. Tai labai kontroliuojama ir atsargi; gražu, bet nieko netikėto. Tam prieštarauja karnavalinė atmosfera žvaigždžių spiečiaus viduje, kur vienu metu galite sulaukti daugybės skirtingų šokių; didelės ir mažos šokių grupės, laisvas stilius ir daug staigmenų.” Nors tyrimo rezultatai kol kas negali tiksliai pasakyti, kur susilieja stebimi juodųjų skylių dvejetainiai elementai, jie rodo, kad juodųjų skylių karnavalai žvaigždžių spiečių centruose galėtų būti svarbiu indėliu.

Daugiau informacijos:
Isobel Romero-Shaw ir kt., Keturi ekscentriški susijungimai padidina įrodymų, kad LIGO-Virgo-KAGRA dvejetainės juodosios skylės formuojasi dinamiškai, Astrofizikos žurnalas (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac9798

Citata: Juodosios skylės „karnavalai“ gali duoti signalus, kuriuos mato gravitacinių bangų detektoriai (2022 m. gruodžio 5 d.), gauti 2022 m. gruodžio 5 d. iš https://phys.org/news/2022-12-black-hole-carnivals-gravitational-wave -detektoriai.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.