Dwie czarne dziury spotkały się przypadkowo, tworząc coś, czego nigdy wcześniej nie widziano: ScienceAlert

Fale w czasoprzestrzeni spowodowane kolizją czarne dziury Nauczyła nas wiele o tych tajemniczych rzeczach.

te fale grawitacyjne Kodowanie informacji o czarnych dziurach: ich masach, kształcie wewnętrznej spirali względem siebie, ich spinach i orientacjach.

Z tego naukowcy upewnili się, że większość kolizji Widzieliśmy między czarnymi dziurami w układach podwójnych. Dwie czarne dziury powstały jako duet masywnych gwiazd, które razem przekształciły się w czarne dziury, a następnie rozwinęły się spiralnie i połączyły.

Spośród około 90 fuzji, które do tej pory odkrytoJednak jeden wyróżnia się jako bardzo dziwny. Odkryty w maju 2019 roku GW19052 emituje fale czasoprzestrzenne jak żaden inny.

„Jego kształt i struktura podobna do eksplozji bardzo różnią się od poprzednich obserwacji” mówi astrofizyk Rossella Gamba z Uniwersytetu w Jenie w Niemczech.

Ona dodaje„GW190521 była początkowo analizowana jako połączenie dwóch szybko wirujących masywnych czarnych dziur zbliżających się do siebie po prawie kołowych orbitach, ale jej szczególne cechy skłoniły nas do zaproponowania innych możliwych wyjaśnień”.

W szczególności Krótkie i ostre przyłączać fala grawitacyjna Trudno było wytłumaczyć ten sygnał.

Fale grawitacyjne są generowane przez rzeczywista fuzja Z dwóch czarnych dziur, jak zmarszczki od skały, która wpadła do stawu. Ale są one również generowane przez podwójne strumienie, intensywne oddziaływanie grawitacyjne wysyłające słabsze zmarszczki, gdy dwie czarne dziury nieubłaganie się zbliżają.

border frame=”0″allow=”akcelerometr; automatyczny start; Zapis do schowka. nośniki kodowane żyroskopowo; obraz w obrazie „zezwalaj na pełny ekran>”.

„Kształt i zwięzłość – mniej niż jedna dziesiąta sekundy – sygnału związanego z tym zdarzeniem prowadzi nas do postawienia hipotezy o natychmiastowym połączeniu dwóch czarnych dziur, które miało miejsce przy braku fazy spiralnej” wyjaśnia astronom Alessandro Nagar z Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej we Włoszech.

Istnieje więcej niż jeden sposób na wywołanie interakcji grawitacyjnej pary czarnych dziur.

Po pierwsze, te dwie gwiazdy są razem od dłuższego czasu, być może nawet od powstania młodych gwiazd z tego samego fragmentu obłoku molekularnego w kosmosie.

Drugim jest sytuacja, w której dwa obiekty poruszające się w przestrzeni mijają się na tyle blisko, że ich własna grawitacja przeszkadza im w tak zwanym dynamicznym starciu.

Gamba i jej współpracownicy myśleli, że tak mogło się stać z GW190521, więc zaprojektowali symulacje, aby przetestować swoją hipotezę. Wspólnie rozbili pary czarnych dziur, poprawiając parametry, takie jak trajektoria, spin i masa, aby spróbować odtworzyć dziwny obiekt. fala grawitacyjna Sygnał został wykryty w 2019 roku.

Ich odkrycia sugerują, że dwie czarne dziury nie zaczęły się jako układ podwójny, ale zostały złapane w swoją sieć grawitacyjną, tocząc się dwukrotnie w dzikiej, kapryśnej pętli, zanim zderzyły się, tworząc większą. Czarna dziura. Żadna z czarnych dziur w tym scenariuszu nie obracała się.

„Opracowując dokładne modele przy użyciu kombinacji najnowocześniejszych metod analitycznych i symulacji numerycznych, odkryliśmy, że ekscentryczne włączenie w tym przypadku wyjaśnia obserwację lepiej niż jakakolwiek inna wcześniej wysunięta hipoteza”. mówi astronom Matteo Bresci z Uniwersytetu w Jenie.

„Prawdopodobieństwo błędu wynosi 1:4300!”

Zespół twierdzi, że ten scenariusz jest bardziej prawdopodobny w gęsto zaludnionym regionie przestrzeni kosmicznej, takim jak gromada gwiazd, gdzie takie oddziaływania grawitacyjne są bardziej prawdopodobne.

Jest to zgodne z wcześniejszymi odkryciami dotyczącymi GW190521. Jedna z czarnych dziur była w fuzji Mierzy się go około 85 razy blok słoneczny.

Zgodnie z naszymi obecnymi modelami czarne dziury o masie większej niż 65 mas Słońca nie mogą powstać z pojedynczej gwiazdy; Jedyny znany nam sposób Czarna dziura Z tej masy mogą powstać w wyniku połączenia dwóch ciał o mniejszej masie.

Gamba i jej koledzy odkryli, że masy czarnych dziur w zderzeniu wynoszą około 81 i 52 masy Słońca. To nieco mniej niż poprzednie szacunki, ale jedna z czarnych dziur wciąż nie jest na drodze do zapadnięcia się jądra pojedynczej gwiazdy.

Nadal nie jest jasne, czy nasze modele wymagają modyfikacji, ale konsolidacje hierarchiczne – gdzie większe struktury powstają w wyniku ciągłego łączenia mniejszych obiektów – są Bardziej prawdopodobne w środowisku klastrowym Z dużą liczbą gęstych obiektów.

Dynamiczne spotkania czarnych dziur są bardzo rzadkie i fala grawitacyjna Dane zebrane do tej pory przez LIGO i Virgo wydają się to potwierdzać. Jednak rzadkie nie oznacza niemożliwe, a nowe prace sugerują, że GW190521 może być pierwszym, jaki odkryjemy.

Pierwsza z nich oznacza, że ​​w nadchodzących latach może ich być więcej. The fala grawitacyjna Obserwatoria są obecnie modernizowane i konserwowane, ale będą ponownie dostępne w Internecie marzec 2023 r na nową rundę obserwacyjną. Tym razem KAGRA w Japonii dołączy do detektorów LIGO w Stanach Zjednoczonych i detektora Virgo we Włoszech, aby uzyskać jeszcze większą moc obserwacyjną.

Więcej odkryć, takich jak GW190521, byłoby niesamowitych.

Badania opublikowane w astronomia naturalna.