Quasar diskleri kara delik çarpışma olaylarına ev sahipliği yapabilir

Yerçekimi dalgası keşiflerinin ardından yapılan yeni araştırma, karadelik birleşme olaylarına yol açabilecek ortamlara ışık tutuyor. Çalışma bu hafta sergileniyor 2023 Ulusal Astronomi Toplantısı tarafından Ph.D. Oxford Üniversitesi’nde öğrenci, Connar Rowan.

İlk olarak 1916’da Albert Einstein tarafından tahmin edilen ilk yerçekimi dalgaları, 2015 yılında Dünya’dan tespit edildi. Ancak, bunların kozmostaki kökeninin belirlenmesi açık bir soruydu. Gözlemlediğimiz yerçekimi dalgalarının bu kadar geniş mesafelerde algılanabilmesi için, yalnızca karadelik veya nötron yıldızı çiftleri gibi birbirine çok yakın büyük, oldukça yoğun nesne çiftlerinden gelmiş olması gerekir. Şimdiye kadar bu tür 90’dan fazla tespit yapıldı, ancak bu nesnelerin yerçekimi dalgaları yayacak kadar yaklaşmasına izin veren birincil astrofiziksel ortam bir sır olarak kalıyor.

Kara deliklerin sık sık birleşmelere maruz kalabileceği olası bir ortam, kuasarlardır. Bir kuasar, süper kütleli bir kara delikten güç alan güçlü bir aktif galaktik çekirdektir. Yoğun bir gaz diski, ışık hızına yakın süper kütleli bir kara deliğin etrafında dönerek son derece parlak emisyonlara neden olur.

Yıldız kütleli kara deliklerin süper kütleli bir kara deliğin gaz diskiyle etkileşimleri oldukça karmaşıktır ve anlaşılması için karmaşık bilgisayar simülasyonları gerektirir. Yeni araştırmada, Oxford Üniversitesi ve Columbia Üniversitesi’nden gökbilimciler ekibi, bu tür diske gömülü yıldız kütleli kara deliklerin davranışını inceledi. Çalışma, yıldız kütleli kara deliklerin yoğun kuasar gaz disklerine sürüklenebileceğini ve birbirleriyle ve disklerdeki gazla yerçekimi etkileşimleri ile ikili sistemlere zorlanabileceğini öne sürüyor.

Ekip, iki yıldız kütleli kara delik içeren bir kuasarın gaz diskinin yüksek çözünürlüklü simülasyonlarını gerçekleştirdi. Simülasyonun amacı, karadeliklerin yerçekimsel olarak bağlı bir ikili sisteme yakalanıp yakalanmadığını ve muhtemelen daha sonra gaz diski içinde birleşip birleşmediğini görmektir. Bu simülasyonlar, karşılaşma sırasındaki karmaşık gaz akışlarını taklit etmek için 25 milyon gaz parçacığını kullanır ve bu, her simülasyon için yaklaşık üç aylık bir hesaplama çalışma süresi gerektirir.

Simülasyonlar, gazın karşılaşma sırasında kara deliklerin hızını azalttığını gösteriyor, bu nedenle normalde basitçe uçup gidecek olan kara delikler, her ikisi de sırayla süper kütleli kara deliğin yörüngesinde dönerken birbirlerinin etrafında yörüngede hapsolmuş halde yerçekimsel olarak bağlı kalıyorlar. Bu, diskteki büyük gaz akışları ve bireysel karadeliklerin etrafındaki bireysel “mini” diskler arasındaki yerçekimi çekişinin bir karışımı yoluyla gerçekleşir.

Ek olarak, hava direncine benzer doğrudan gaz sürüklemesi de, yolları boyunca kara delikler tarafından “yenen” gazın onları yavaşlamaya zorlamasında bir rol oynar. Karadelik kinetik enerjisinin yerçekimi etkileşimi yoluyla emilmesine yanıt olarak gaz, karşılaşmanın hemen ardından şiddetli bir şekilde dışarı atılır. Bu sonuç, simülasyonların çoğunda meydana gelir ve gazın kara deliklerin bağlı çiftler halinde yakalanmasını büyük ölçüde kolaylaştırdığına dair önceki beklentileri doğrular.

Karadeliklerin yörünge yönünün de evrimlerini etkilediği bulundu. Retrograd ikili sistemlerin yarısında – karadeliklerin birbirlerinin süper kütleli kara deliğin etrafındaki yörüngelerine ters yönde yörüngede döndüğü ikili sistemler – kara delikler önemli yerçekimi dalgaları üretecek kadar yaklaşabilir ve yörünge enerjilerini bu dalgalar aracılığıyla çok hızlı bir şekilde dağıtabilir. emisyonlar, çok aniden birleşiyor.

Araştırma lideri Rowan, “Bu simülasyonlar iki ana soruyu ele alıyor: gaz karadelik ikili oluşumunu katalize edebilir mi ve eğer öyleyse, nihayetinde daha da yakınlaşıp birleşebilirler mi? Gözlemlenen kütleçekimsel dalga sinyallerinin kökenini açıklayan bu süreç için her iki yanıtın da olması gerekir.” evet olmak.”

Araştırma makalesinin ortak yazarı Profesör Bence Kocsis, “Bu sonuçlar inanılmaz derecede heyecan verici çünkü süper kütleli kara delik disklerinde kara delik birleşmelerinin olabileceğini doğruluyorlar ve muhtemelen bugün gözlemlediğimiz yerçekimi dalgası sinyallerinin çoğunu veya belki de çoğunu açıklıyorlar.” .

Columbia Üniversitesi’nden Profesör Zoltán Haiman, “Bugün veya gelecekte gözlemlenen olayların büyük bir kısmı bu fenomenden kaynaklanıyorsa, kuasarlar ve yerçekimi dalga kaynakları arasında doğrudan bir ilişki görebilmemiz gerekir” diye ekliyor. , araştırma makalesinin başka bir ortak yazarı.