Две черни дупки се срещнаха случайно и създадоха нещо невиждано досега: ScienceAlert


Вълничките в пространство-времето, генерирани от сблъсък черни дупки ни научиха много за тези енигматични предмети.

Тези гравитационни вълни кодират информация за черните дупки: техните маси, формата на тяхната насочена една към друга спирала, техните завъртания и техните ориентации.

От това учените установиха, че повечето сблъсъци виждали сме са били между черни дупки в двоични системи. Двете черни дупки започнаха като двоична система от масивни звезди, които заедно се превърнаха в черни дупки, след което се завиха спираловидно и се сляха.

От 90 или повече сливания, открити досега, но един се откроява като много особен. Открит през май 2019 г., GW19052 излъчва пространствено-времеви вълни като никой друг.

„Морфологията и подобната на експлозия структура са много различни от предишните наблюдения“, казва астрофизикът Росела Гамба от университета в Йена в Германия.

Тя добавя„GW190521 първоначално беше анализиран като сливане на две бързо въртящи се тежки черни дупки, приближаващи се една към друга по почти кръгови орбити, но неговите специални характеристики ни накараха да предложим други възможни интерпретации.“

По-специално, на кратка, остра продължителност от гравитационна вълна сигналът беше предизвикателство за обяснение.

Гравитационните вълни се генерират от реално сливане от две черни дупки, като вълнички от скала, пусната в езеро. Но те също са генерирани от двоичния инспирал и интензивното гравитационно взаимодействие изпраща по-слаби вълни, докато две черни дупки се приближават неумолимо.

frameborder=”0″ allow=”акселерометър; автоматично изпълнение; клипборд-запис; криптирана медия; жироскоп; картина в картина” allowfullscreen>

„Формата и краткостта – по-малко от една десета от секундата – на сигнала, свързан със събитието, ни карат да предположим мигновено сливане между две черни дупки, което се е случило в отсъствието на спираловидна фаза,“ обяснява астрономът Алесандро Нагар на Националния институт по ядрена физика в Италия.

Има повече от един начин да се окажете с двойка черни дупки, които си взаимодействат гравитационно.

Първият е, че двамата са били заедно дълго време, може би дори от образуването на бебета звезди от едно и също парче молекулярен облак в космоса.

Другият е, когато два обекта, движещи се в пространството, се разминават достатъчно близо, за да се закачат гравитационно в това, което е известно като динамична среща.

Това е, което Гамба и нейните колеги смятаха, че може да се е случило с GW190521, така че те проектираха симулации, за да тестват своята хипотеза. Те разбиват заедно двойки черни дупки, променяйки параметри като траектория, въртене и маса, за да се опитат да възпроизведат странното гравитационна вълна сигнал, открит през 2019 г.

Техните резултати предполагат, че двете черни дупки не са започнали в двоична система, а са били уловени в гравитационната мрежа една на друга, като са се претърколили една покрай друга два пъти в дива, ексцентрична примка, преди да се ударят една в друга, за да образуват една по-голяма Черна дупка. И нито една от черните дупки в този сценарий не се въртеше.

„Чрез разработването на прецизни модели, използващи комбинация от най-съвременни аналитични методи и числени симулации, ние открихме, че силно ексцентрично сливане в този случай обяснява наблюдението по-добре от всяка друга хипотеза, представена преди това,“ казва астрономът Матео Бреши на университета в Йена.

„Вероятността за грешка е 1:4300!“

Този сценарий, казва екипът, е по-вероятен в гъсто населен район на космоса, като звезден куп, където такива гравитационни взаимодействия са по-вероятни.

Това проследява предишни открития за GW190521. Една от черните дупки в сливането беше измерено около 85 пъти масата на Слънцето.

Според сегашните ни модели черни дупки с над 65 слънчеви маси не могат да се образуват от една звезда; единственият начин, по който знаем a Черна дупка от тази маса може да се образува чрез сливане между два обекта с по-ниска маса.

Работата на Гамба и нейните колеги установи, че масите на двете черни дупки в сблъсъка са около 81 и 52 слънчеви маси; това е малко по-ниско от предишните оценки, но една от черните дупки все още е извън пътя на образуване на колапс на еднозвездно ядро.

Все още не е ясно дали нашите модели се нуждаят от коригиране, но йерархичните сливания – при които по-големите структури се образуват чрез непрекъснатото сливане на по-малки обекти – са по-вероятно в клъстерна среда с голяма популация от плътни обекти.

Динамичните срещи между черни дупки се считат за доста редки и гравитационна вълна данните, събрани от LIGO и Virgo до момента, изглежда подкрепят това. Въпреки това рядко не означава невъзможно и новата работа предполага, че GW190521 може да е първият, който сме открили.

А първият означава, че може да има още през следващите години. The гравитационна вълна обсерваториите в момента се надграждат и поддържат, но ще бъдат отново онлайн март 2023 г за ново наблюдение. Този път двата детектора на LIGO в САЩ и детекторът Virgo в Италия ще се присъединят към KAGRA в Япония за още по-голяма мощност на наблюдение.

Повече откривания като GW190521 биха били невероятни.

Изследването е публикувано в Природна астрономия.