Simülasyon, yıldız çarpışmalarının devasa kara deliklere nasıl yakıt sağladığını gösteriyor

Dev yıldızlar çarpıştığında ne olacağını kesin olarak tahmin etmek zor, ancak İtalya’daki Padova Üniversitesi’ndeki DEMOBLACK ekibinin yeni, türünün ilk örneği hidrodinamik simülasyonları bir dizi egzotik sonuca işaret ediyor. Bunlar, büyük yıldızların birbirine yakın olduğu yıldız doğumevlerinde devasa kara delikler oluşturmayı içerir.

Astrofizikçi Michela Mapelli, yeni simülasyonu ve tahminlerini 11 Nisan Pazartesi günü saat 13:30’da EDT’de anlatacak. bir oturum de APS Nisan Toplantısı 2022. Hibrit toplantı New York’ta ve çevrimiçi olarak yapılacak. Mapelli bulgularını sanal olarak sunacak. Aynı zamanda medyadan gelen soruları da yanıtlayacak. çevrimiçi bir basın toplantısı 9 Nisan Cumartesi günü saat 10:00 EDT’de, DEMOBLACK projesinde Mapelli’nin yanı sıra astrofizikçiler Alessandro Ballone ve Guglielmo Costa da yer alıyor.

Mapelli’nin modeli, yerçekimi dalgası astronomisi alanındaki acil bir soruya cevap veriyor: İki uzak kara delik, 2019’da Advanced LIGO ve Virgo tarafından tespit edilen güçlü bir yerçekimi dalgası olan GW190521’i üretmek için nasıl bir araya geldi? GW190521 için sinyal, bir kara delik birleşmesinin karakteristik biçimine sahipti. Bu durumda, 85 ve 66 güneş kütlesi kütleli iki öncü kara delik arasındaydı. Çarpışmaları, güneşten 140 kat daha büyük kütleli bir kara delik kalıntısına yol açtı.

Ancak birleşme kafaları karıştırdı. Yıldızların çökmüş çekirdeklerinden oluşan yıldız kütleli kara deliklerden daha büyüktü ve süper kütleli olanlardan daha küçüktü. Kütlesi onu bir “kütle boşluğuna” -fizikçilerin kara deliklerin oluşabileceğinden emin olmadığı bir aralıkta- indirdi.

Mapelli ve işbirlikçileri, ilk olarak, LIGO-Virgo gözlemi duyurulmadan yaklaşık bir yıl önce, yıldız çarpışmalarının kütle boşluğunda kara deliklerin oluşumuna yol açabileceğini tahmin ettiler. Ancak GW190521 hakkında daha fazla şey öğrenene kadar hidrodinamik simülasyon çalıştırmadılar. “Kollarımızı sıvamamızı sağladı” diyor.

DEMOBLACK simülasyonuna göre, böyle bir dev, bir yıldız doğumevinde yoğun olarak bulunanlar gibi büyük yıldızlar birleştiğinde ortaya çıkabilir. Önceki simülasyonlar, düşük ve orta kütleli yıldızlar arasındaki çarpışmaları modellemişti, ancak Mapelli’nin çalışması, ilk kez, devlerin birbirine çarpmasından sonra ne olduğunu açıklıyor. “Kimse bu kadar büyük kütleli yıldızların çarpışmasının simülasyonunu yapmadı” diyor.

APS toplantısında Mapelli, genç yıldız kümelerinde devasa ikili karadeliklerin oluşumunun altında yatan dinamik süreçleri anlatacak. Simülasyon, biri güneşten yaklaşık 40 kat daha büyük, fiziksel olarak evrimleşmemiş bir ana dizi olan iki yıldızla başlar. “Çoğunlukla taze hidrojen” diyor. Diğer yıldız daha yaşlı, yaklaşık 60 güneş kütlesi ve kompakt bir helyum çekirdeğine sahip. Mapelli, “Bu, yarıçapın çok büyük olduğu, kütlenin büyük olduğu ve çekirdeğin yoğunluğu ile dış kısım arasındaki kontrastın büyük olduğu anlamına gelir” diyor.

Bazı varsayımlar altında, bu yıldızlar 50’den fazla güneş kütlesine sahip bir kara deliğe çökebilir. Ve bu kara delikler sırayla ikili dosyalar oluşturabilir ve sonunda birleşebilir. Mapelli’ye göre, bu tür yıldız değişimleri ve çarpışmaları, 40 güneşten daha fazla kütleye sahip ikili kara delikler oluşturabilir. Tekrarlanan çarpışmalar ve birleşmeler, güneş kütlesinin yaklaşık 100 ila 10.000 katı arasında değişen çok daha yüksek kütleli kara delikler üretebilir.

GW190521’in gözleminden bu yana rapor edilen Fiziksel İnceleme Mektupları 2020’de teorisyenler, arkasındaki dinamik süreçler için titiz bir açıklama aradılar. Rakip bir fikir, ikili sistemin ilkel kara delikler içerdiğini öne sürüyor; bu, onların çökmüş yıldız çekirdeklerinden değil, erken evrenden kalma oldukları anlamına geliyor. Birleşmenin elektromanyetik bir parlama oluşturmuş olabileceği gözlemiyle desteklenen bir diğeri, çarpışmanın süper kütleli bir kara deliği çevreleyen yoğun gaz diskinin içinde gerçekleştiğini öne sürüyor.

Mapelli, çalışmasının bu diğer açıklamaları dışlamadığını söylüyor. “Bu çarpışmanın 190521 gibi bir olay için olası tek açıklama olduğundan emin değiliz” diyor. “Bu simülasyon diğerlerini reddetmiyor. Üçünü de dikkate almamız gerekiyor.