Dev bir kara deliğin etrafında dönen bir gaz diskindeki daha küçük karadeliklerden oluşan bir sürünün çizimi. Kredi: J. Samsing/Niels Bohr Enstitüsü
Araştırmacılar, neden en büyük olanlardan birinin olduğuna dair ilk akla yatkın açıklamayı sunuyorlar. Kara delik bugüne kadar gözlemlenen çiftler yerçekimi dalgaları ayrıca dairesel olmayan bir yörüngede birleşiyor gibiydi. Önerilen çözüm, şimdi yayınlandı Doğaçok çok uzaklardaki bir galaksideki süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki dev bir gaz diskinin içinde kaotik bir üçlü dramayı içeriyor.
Kara delikler Evrendeki en büyüleyici nesnelerden biridir, ancak bunlarla ilgili bilgimiz hala sınırlıdır – özellikle de ışık yaymadıkları için. Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi’ne kadar, birkaç yıl öncesine kadar ışık, evrenimiz ve kara delikleri hakkında temel bilgi kaynağımızdı.LİGO) 2015 yılında iki kara deliğin birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarının çığır açan gözlemini yaptı.
“Fakat Evrenimizde bu tür kara delikler nasıl ve nerede oluşur ve birleşir? Yakındaki yıldızlar çöktüğünde ve her ikisi de karadeliğe dönüştüğünde mi oluyor, yıldız kümelerinde yakın tesadüfi karşılaşmalar mı yoksa başka bir şey mi? Bunlar, Yerçekimi Dalgası Astrofiziğinin yeni çağındaki kilit sorulardan bazıları” diyor Assist. Makalenin baş yazarı, Kopenhag Üniversitesi Niels Bohr Enstitüsü’nden Prof. Johan Samsing.
O ve işbirlikçileri, astrofizikçilerin son birkaç yıldır mücadele ettiği bir gizemin son bölümünü muhtemelen çözen yapbozun yeni bir parçasını sağlamış olabilir.
2019’da Beklenmedik Keşif
Gizem, LIGO ve Virgo gözlemevleri tarafından beklenmedik bir yerçekimi dalgaları keşfinin yapıldığı 2019 yılına kadar uzanıyor. Adı geçen olay GW190521 Daha önce fiziksel olarak mümkün olduğu düşünülenden daha ağır olmakla kalmayıp, aynı zamanda bir ışık parlaması da üretmiş olan iki kara deliğin birleşmesi olarak anlaşılmaktadır.
O zamandan beri bu iki özellik için olası açıklamalar sağlandı, ancak yerçekimi dalgaları bu olayın üçüncü bir şaşırtıcı özelliğini de ortaya çıkardı – yani karadeliklerin birleşmeden önceki anlarda bir daire boyunca birbirlerinin yörüngesinde dönmedikleri.
“Yerçekimi dalgası olayı GW190521 bugüne kadarki en şaşırtıcı keşiftir. Kara deliklerin kütleleri ve dönüşleri zaten şaşırtıcıydı, ancak daha da şaşırtıcı olanı, birleşmeye yol açan dairesel bir yörüngeye sahip olmadıklarıydı” diyor yazarlardan Prof. Florida üniversitesi.
Fakat dairesel olmayan bir yörünge neden bu kadar olağandışı ve beklenmedik?
“Bunun nedeni, yayılan kütleçekim dalgalarının temel doğasıdır; bu, karadelik çiftini yalnızca sonunda birleşmeleri için yakınlaştırmakla kalmaz, aynı zamanda yörüngelerini dairesel hale getirir.” Profesör olan yardımcı yazar Zoltan Haiman’ı açıklıyor Kolombiya Üniversitesi.
Bu gözlem, Kopenhag’daki Johan Samsing de dahil olmak üzere dünya çapında birçok insanı meraklandırdı,
Johan Samsing, “Bu tür dairesel olmayan (“eksantrik” olarak bilinir) birleşmelerin, gözlemin önerdiği gibi şaşırtıcı derecede yüksek olasılıkla nasıl gerçekleşebileceğini düşünmeye başlamamı sağladı” diyor.
Tango için üç kişi gerekir
Olası bir cevap, düz, dönen bir gaz diski ile çevrili Güneş’in kütlesinin milyonlarca katı dev bir kara delik barındıran galaksilerin merkezlerindeki zorlu ortamda bulunabilir.
Araştırmanın yazarlarından Prof. Bence Kocsis, “Bu ortamlarda, kara deliklerin tipik hızı ve yoğunluğu o kadar yüksektir ki, dev bir bilardo oyununda olduğu gibi daha küçük kara delikler etrafta zıplar ve geniş dairesel ikili dosyalar olamaz” diyor. Oxford Üniversitesi.
Ancak grubun daha da ileri sürdüğü gibi, dev bir kara delik yeterli değil,
“Yeni araştırmalar, gaz diskinin zamanla merkeze ve birbirine daha da yakınlaşan daha küçük kara deliklerin yakalanmasında önemli bir rol oynadığını gösteriyor. Bu sadece onların buluşup çiftler oluşturduklarını değil, aynı zamanda böyle bir çiftin başka bir üçüncü kara delik ile etkileşime girebileceğini ve genellikle etrafta uçan üç kara delik ile kaotik bir tangoya yol açabileceğini ima ediyor” diye açıklıyor Tohoku Üniversitesi’nden astrofizikçi Hiromichi Tagawa. çalışmanın yazarı.
Bununla birlikte, gözlemlenene kadar önceki tüm çalışmalar GW190521 eksantrik kara delik birleşmelerinin nispeten nadir olduğunu belirtti. Bu doğal olarak şu soruyu gündeme getiriyor: Neden zaten olağandışı olan kütleçekimsel dalga kaynağı GW190521 ayrıca eksantrik bir yörüngede birleşmek mi?
İki Boyutlu Kara Delik Bilardo
Şimdiye kadar hesaplanan her şey, şimdiye kadar düşünülen yıldız sistemlerinin çoğunda beklendiği gibi, kara delik etkileşimlerinin üç boyutta gerçekleştiği fikrine dayanıyordu.
“Ama sonra kara delik etkileşimleri bunun yerine iki boyutlu bir ortama daha yakın olan düz bir diskte gerçekleşirse ne olacağını düşünmeye başladık. Şaşırtıcı bir şekilde, bu sınırda, eksantrik bir birleşme oluşturma olasılığının 100 kat kadar arttığını ve bu tür disklerdeki tüm kara delik birleşmelerinin yaklaşık yarısının muhtemelen eksantrik olmasına yol açtığını bulduk,” diyor Johan Samsing ve şöyle devam ediyor:
“Ve bu keşif, 2019’daki gözlemle inanılmaz derecede iyi uyuyor; bu, şu anda hepsi, bu kaynağın aksi takdirde muhteşem özelliklerinin, süper kütleli bir kara deliği çevreleyen düz bir gaz diskinde yaratılmışsa, yine o kadar garip olmadığını gösteriyor. bir galaktik çekirdekte.”
Bu olası çözüm, mekanikte asırlık bir soruna da katkıda bulunur,
“3 nesne arasındaki etkileşim, hem Newton’un hem de benim ve başkalarının yoğun bir şekilde üzerinde çalıştığı fizikteki en eski problemlerden biridir. Bunun şimdi, Evrenimizin en uç noktalarından bazılarında karadeliklerin nasıl birleştiğinde çok önemli bir rol oynadığı görülüyor, inanılmaz derecede büyüleyici ”diyor, Universidad de Concepción, Şili’den ortak yazar Nathan W. Leigh.
Gazlı Disklerdeki Kara Delikler
Gaz diski teorisi, diğer araştırmacıların diğer iki şaşırtıcı özelliği hakkındaki açıklamalarına da uyuyor. GW190521. Kara deliğin büyük kütlelerine diskin içindeki ardışık birleşmelerle ulaşılırken, ışık emisyonu ortamdaki gazdan kaynaklanabilir.
Düz, iki boyutlu disklerde birleşen karadeliklerden yayılan sinyaller ile üç boyutlu yıldız sistemlerinde sıklıkla göz önünde bulundurduğumuz sinyaller arasında çok büyük bir fark olabileceğini şimdi gösterdik ve bu da bize artık fazladan bir enerjimiz olduğunu söylüyor. Kara deliklerin nasıl oluştuğunu ve Evrenimizde nasıl birleştiğini öğrenmek için kullanabileceğimiz bir araç” diyor Johan Samsing.
Ama bu çalışma sadece başlangıç,
“İnsanlar uzun yıllardır bu tür gaz disklerinin yapısını anlamak için çalışıyorlar, ancak sorun zor. Sonuçlarımız diskin ne kadar düz olduğuna ve kara deliklerin içinde nasıl hareket ettiğine duyarlı. Buna benzer daha olağandışı durumlar da dahil olmak üzere daha büyük bir kara delik birleşme popülasyonumuz olduğunda, bu diskler hakkında daha fazla şey öğrenip öğrenemeyeceğimizi zaman gösterecek. GW190521. Bunu mümkün kılmak için, şu anda yayınlanmış olan keşfimizi geliştirmeli ve bu yeni ve heyecan verici alanda bizi nereye götürdüğünü görmeliyiz”, diyor ortak yazar Zoltan Haiman.
Referans: “Eksantrik kara delik birleşmeleri için potansiyel fabrikalar olarak AGN” 9 Mart 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-021-04333-1