Bir sanatçının çarpışıp birleşmek üzere olan iki kara delik izlenimi.
Gizemli ve kaçınılmaz kara delikler, evrendeki en olağanüstü varlıklar arasında yer alıyor. Almanya HITS’teki bilim insanları, iki kara delik birleştiğinde ortaya çıkan ‘cıvıltı’ sesinin tercihen iki evrensel frekans aralığında meydana geldiğini tahmin ettiler.
2015 tespiti yerçekimi dalgalarıEinstein’ın bir yüzyıl önce varsaydığı bir fenomen olan bu fenomen, 2017 Nobel Fizik Ödülü’nün yolunu açtı ve kütleçekimsel dalga astronomisinin doğuşunu başlattı. İki yıldız kütleli kara deliğin birleşmesi, Dünya’da tespit edilebilen, cıvıltı sinyali olarak bilinen, artan frekansa sahip yerçekimsel dalgaları serbest bırakır. Bilim insanları, bu frekansın (cıvıltı) ilerleyişini analiz ederek, iki kara deliğin birleşik kütlesinin matematiksel bir temsili olan “cıvıltı kütlesini” hesaplayabilirler.
Şimdiye kadar, birleşen kara deliklerin herhangi bir kütleye sahip olabileceği varsayılmıştı. Ancak ekibin modelleri, bazı kara deliklerin standart kütlelerde geldiğini ve bunun da evrensel cıvıltılara yol açtığını öne sürüyor.
Sayısal görelilik simülasyonundan, birleşen ikili kara delik sisteminin etrafındaki uzay-zamandaki dalgalanmalar. Katkıda bulunanlar: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA İşbirliği
HITS’teki çalışmayı yöneten Fabian Schneider şöyle diyor: “Evrensel cıvıltı kütlelerinin varlığı bize yalnızca kara deliklerin nasıl oluştuğunu anlatmakla kalmıyor, aynı zamanda hangi yıldızların süpernovada patladığını anlamak için de kullanılabilir.” süpernova mekanizması, belirsiz nükleer ve yıldız fiziği ve bilim adamlarına Evrenin hızlandırılmış kozmolojik genişlemesini ölçmek için yeni bir yol sağlıyor.
“Yıldızların nihai kaderi açısından ağır sonuçlar”
Güneşimizin yaklaşık 3 ila 100 katı kütleye sahip yıldız kütleli kara delikler, süpernova halinde patlamayan, ancak kara deliklere çöken büyük yıldızların uç noktalarıdır. Birleşmelere yol açan kara deliklerin ataları, başlangıçta ikili yıldız sistemlerinde doğarlar ve bileşenler arasında çeşitli kütle alışverişi dönemleri yaşarlar: özellikle, her iki kara delik de zarflarından sıyrılmış yıldızlardan gelir.
“Zarfın soyulması, yıldızların nihai kaderi açısından ciddi sonuçlar doğuruyor. Örneğin yıldızların bir süpernovada patlamasını kolaylaştırır ve aynı zamanda evrensel bir patlamaya da yol açar. Kara delik kütleler artık simülasyonlarımız tarafından tahmin edildiği gibi,” diyor çalışmanın ikinci yazarı ve şu anda HITS’de Klaus Tschira Konuk Profesörü olan Oxford Üniversitesi’nden Philipp Podsiadlowski.
Bugün gözlemlenen tüm ikili kara delik birleşmelerinin cıvıltı kütlelerinin dağılımı. Üst panel, her bir olayın cıvıltı kütlelerinin ham verilerini ve olasılık dağılımlarını gösterirken, alt panel, birleştirilmiş gözlemlerden çıkarılan bir modeli gösterir. 10-12 güneş kütlesinde cıvıltı kütlelerindeki boşluk ve yaklaşık 8, 14, 27 ve 45 güneş kütlesinde şu ana kadar tanımlanan özellikler belirtilmiştir. Şekil Abbott ve ark.’dan alınmıştır. 2021. Kredi: Abbott ve diğerleri, 2021.
“Yıldız mezarlığı” – dünyanın bilinen tüm kitlelerinin bir koleksiyonu nötron yıldızı ve büyük yıldızlardan oluşan kara delik kalıntıları, yerçekimsel dalga dedektörlerinin sürekli artan hassasiyeti ve bu tür nesnelere yönelik devam eden araştırmalar sayesinde hızla büyüyor. Özellikle, birleşen ikili kara deliklerin cıvıltı kütlelerinin dağılımında bir boşluk var gibi görünüyor ve kabaca 8 ila 14 güneş kütlesindeki zirvelerin varlığına dair kanıtlar ortaya çıkıyor. Bu özellikler, HITS ekibinin tahmin ettiği evrensel cıvıltılara karşılık geliyor.
Çalışmanın üçüncü yazarı Eva Laplace, “Kara delik ve cıvıltı kütlelerinin dağılımındaki herhangi bir özellik, bu nesnelerin nasıl oluştuğu hakkında bize çok şey anlatabilir” diyor.
Bizim galaksimizde değil: Çok daha büyük kütleli kara delikler
Birleşen kara deliklerin ilk keşfinden bu yana, Dünyamızda bulunanlardan çok daha büyük kütlelere sahip kara deliklerin olduğu ortaya çıktı. Samanyolu. Bu, Samanyolu Gökadamızdakinden farklı bir kimyasal bileşimle doğan yıldızlardan kaynaklanan kara deliklerin doğrudan bir sonucudur. HITS ekibi artık, kimyasal bileşimi ne olursa olsun, yakın ikili dosyalar halinde zarftan ayrılan yıldızların, <9 ve >16 güneş kütleli, ancak neredeyse ikisinin arasında olmayan kara delikler oluşturduğunu gösterebilir.
Kara deliklerin birleştirilmesinde, yaklaşık 9 ila 16 güneş kütlesindeki evrensel kara delik kütleleri mantıksal olarak evrensel cıvıltı kütlelerini, yani evrensel sesleri ima eder. Fabian Schneider, “Kütleçekim dalgası astronomisi üzerine dersimi güncellerken, kütleçekim dalgası gözlemevlerinin cıvıl cıvıl kütlelerin yokluğuna ve tam olarak modellerimiz tarafından tahmin edilen evrensel kütlelerin aşırı bolluğuna dair ilk ipuçlarını bulduğunu fark ettim” diyor. “Gözlemlenen kara delik birleşmelerinin sayısı hala oldukça düşük olduğundan, verilerdeki bu sinyalin sadece istatistiksel bir tesadüf olup olmadığı henüz belli değil.”
Gelecekteki kütleçekim dalgası gözlemlerinin sonucu ne olursa olsun: sonuçlar heyecan verici olacak ve bilim adamlarının bu ses okyanusunda şarkı söyleyen kara deliklerin nereden geldiğini daha iyi anlamalarına yardımcı olacak.
Referans: Fabian RN Schneider, Philipp Podsiadlowski ve Eva Laplace tarafından yazılan “İki Modlu Kara Delik Kütle Dağılımı ve İkili Kara Delik Birleşmelerinin Cıvıltı Kütleleri”, 15 Haziran 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/acd77a
Çalışma Ufuk2020 Avrupa Araştırma Konseyi tarafından finanse edildi.