En son kütleçekim dalgası gözlemleri yıldız modellerinden beklentilerle çelişiyor

Neredeyse 300 ikili birleşme şu ana kadar tespit edildigeçen yerçekimi dalgalarıyla gösterilir. Dünyadaki yerçekimsel dalga gözlemevlerinden alınan bu ölçümler, kara delikler ve nötron yıldızları gibi birleşen nesnelerin kütleleri ve dönüşleri üzerinde kısıtlamalar getiriyor ve bu bilgiler, büyük yıldızların evrimini daha iyi anlamak için kullanılıyor.

Şimdiye kadar bu modeller, her bir kara deliğin Güneş’in kütlesinin yaklaşık 10 ila 15 katı olduğu kara delik ikili çiftlerinin azlığını tahmin ediyor. Kara deliklerin nadiren oluştuğu kütle aralığındaki bu “eğim veya kütle boşluğu”, modellerde yapılan varsayımlara bağlıdır; özellikle ikili dosyadaki iki kütlenin oranı.

Şimdi, mevcut kara deliklerin kütlelerinin ikili dosyalardaki dağılımına ilişkin yeni bir çalışma, bugüne kadar tespit edilen kütleçekim dalgalarından derlenen böyle bir düşüşe dair hiçbir kanıt bulamıyor. İş yayınlandı içinde Astrofizik Dergisi.

Bir yıldızın çekirdeği, merkezindeki son derece sıcak ve yoğun bölgedir; sıcaklık ve basıncın, hidrojenin termonükleer füzyonu yoluyla helyuma dönüşmesi yoluyla enerji üretimine izin verdiği bir hacimdir. Çekirdeğin “sıklığı”, çekirdeğin yarıçapına göre ne kadar yoğun olduğunun bir ölçüsüdür; esas olarak çekirdek kütlesinin çekirdek yarıçapına oranıdır.

Yıldızların teorik modelleri, yıldız çekirdeklerinin yoğunluğunun, şüphelenildiği gibi, yıldız kütlesiyle birlikte monoton bir şekilde artmadığını öne sürüyor. Bunun yerine, yıldızın metalikliğine (kütlesinin hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlerden oluşan kısmı) ve kütle aktarım geçmişine (kütlenin yıldızdan aktarımı) bağlı olan belirli bir çekirdek kütle aralığı için çekirdek yoğunluğunda bir düşüş var gibi görünüyor. ve diğer yıldızlara.

Çekirdek kompaktlığı aynı zamanda bir yıldızın patlayıcılığının da göstergesidir; yani daha düşük çekirdek kompaktlığı iyilik bir süpernova patlaması. Yoğunluk düşüşünün kütlesine yakın yıldızların süpernovaya dönüşerek patlayarak arkalarında bir nötron yıldızı bırakması bekleniyor. Ancak eğimin her iki tarafında da kütleleri olan yıldızların patlamalardan tamamen kaçınarak “başarısız süpernova” olarak bilinen kara deliklere çökecekleri veya daha zayıf patlamalar ve kısmi geri çekilme sonrasında kara delikler oluşturacakları tahmin ediliyor.

Bu eşitsizliğin kara delik kütlelerinin dağılımında, özellikle 10 ila 15 güneş kütlesi arasında bir boşluğa neden olacağı tahmin ediliyor.

Yerçekimi dalgaları açısından, boşluğun ikili çiftin “cıvıltı kütlesinde” bir düşüş olması bekleniyor. Çiftin cıvıltı kütlesi, iki bileşenli kara delik kütlesinin belirli bir matematiksel birleşimidir; kara delikler arasındaki mesafe küçüldükçe tespit edilen dalganın frekans gelişimini etkiler (“cıvıltı” sıfatı ses dalgalarına benzetmeden gelir).

Önceki çalışma, yerçekimi dalgası verilerinde cıvıltı kütlesinde 10 ila 12 güneş kütlesi arasında bir düşüş olduğuna dair kanıt bulunduğunu ve ayrıca nüfus analizi ikili kara delik cıvıltı kütle dağılımının. İkincisi, aradaki fark için %90’lık bir güvenilir aralıkta destek buldu.

Bununla birlikte, bireysel kütlelerin tahmin edilen özelliklerini cıvıltı kütlesiyle ilişkilendirmek, birleşen bir ikilideki iki kütle arasındaki eşleşme hakkında ek varsayımlar gerektirir. Birincisi, bireysel kütlelerin neredeyse eşit olmasıdır. Bununla birlikte, bu varsayım olmadan, 10 ila 12 güneş kütlesi cıvıltı kütle boşluğundan elde edilen çıkarım, 10 ila 15 güneş kütlesi bileşen kütle boşluğu için güvenilir bir temsil olamaz. (Cıvıltı kütlesi her zaman bireysel bileşen kütlelerinden daha küçüktür çünkü ağırlıklı bir geometrik ortalamadır.)

En yeni verilerden yeni veriler kullanılıyor (üçüncüAvustralya’daki Monash Üniversitesi’nden baş yazar Christian Adamcewicz ve diğer Avustralyalı meslektaşları, 250 yerçekimsel dalga tespitinden elde edilen yerçekimsel dalga kataloğunda, cıvıltı kütle boşluğunun kanıtını aramak için kara delik ikili bileşenlerinin dağılımını araştırdılar.

Bir öneri kullanarak, boşluk içeren kara delik ikili bileşen kütleleri için bir popülasyon modeli oluşturarak başladılar. daha önce yola çıktık.

“Bu model, temel özellikleri yakalama esnekliğine sahiptir. [binary black hole] boşluk aralığının dışında kütle dağılımı” diye yazdılar ve bunu bilinen kütle dağılımlarına uygun eğrilere göre çapraz kontrol ettiler. Daha sonra, üst ve alt kenarları yöneten parametrelere sahip bir çentik filtresi kullanarak tek boyutlu modellerine esnek bir boşluk eklediler. boşluk ve derinliği.

Bu modeli temel alarak, ikili sistemin iki bileşenli kara delikleri için iki boyutlu bir model oluşturdular, ancak bileşen kara deliklerin birbirleriyle nasıl eşleştiğini belirtmediler. Onlar kullandılar önceden yazılmış yazılım Bileşenlerin spin dağılımlarını modellemek için.

Üçüncü katalogdaki yerçekimsel dalga verilerini uygulayan Adamcewicz ve ortak yazarlar, tahmin edildiği gibi ikili bileşen kütlelerinde (her biri) 10 ila 15 güneş kütlesi aralığında bir boşluğun varlığıyla “tutarlı” olduğunu buldular ve aynı zamanda 14 ila 22 güneş kütlesi arasındaki bileşen kütlelerinin eksikliği ile de tutarlıdır. ayrıca tahmin edildi.

“Ancak bu tür herhangi bir özellik için anlamlı bir istatistiksel tercih yoktur” sonucuna vardılar. Sonuçları, “hiç boşluk olmaması durumuna göre… tamamen boş bir boşluğun tercih edilmediğini” gösterdi.

Bunun “belki de şaşırtıcı olmadığını” yazdılar ve şunu kaydettiler: önceki çalışma ikili kara deliklerin az miktarda olmasının bazen istatistiksel olarak rastgele gürültü nedeniyle meydana gelebileceğini buldu.

Dahası, eğer doğada mevcutsa, bileşen kütle düşüşünün, LIGO, Başak’ı (İtalya) kapsayan 9 Haziran 2025’te sona eren mevcut Gözlem Çalışması 4’ün (O4) sonuna kadar “çözülebilir” olma ihtimalinin düşük olduğunu buldular. ) ve KAGRA (Japonya) yerçekimsel dalga gözlemevleri.

Yıldız çekirdeğinin kompaktlığının ve çöken çekirdek süpernovalarının kaderinin daha iyi anlaşılması, daha sonraki kütleçekim dalgası tespitlerini veya önerilen uzay tabanlı Lazer Girişimölçer Uzay Anteni (LISA) gibi daha büyük kütleçekim dalgası gözlemevlerini bekleyecektir.

© 2024 Science X Ağı