Yeni teknikler kullanılarak ortaya çıkan ikili kara delik dönüş davranışı

Cornell Üniversitesi’nde yapılan araştırma, yerçekimi dalgası verilerinden ikili kara deliklerdeki dönüş-yörünge rezonanslarının ilk potansiyel işaretlerini ortaya çıkardı, süpernova mekanizmalarını ve astrofizikteki diğer büyük soruları anlamaya yönelik bir adım.

Astrofizikçi Vijay Varma, “Bu rezonanslar on yıldan fazla bir süre önce Einstein’ın genel görelilik teorisi kullanılarak tahmin edildi” dedi. Sanat ve Bilim Koleji’nde (A&S) eski bir Klarman Doktora Sonrası Üyesi olan Varma, ikili kara delikler hakkında daha fazla bilgi edinmek için Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi (LIGO) ve Başak yerçekimi dalgası dedektörü tarafından tespit edilen yerçekimi dalgalarını analiz ediyor. “LIGO ve Başak’tan gelen yerçekimi dalgası verilerinde rezonansların ilk ‘ipuçlarını’ buluyoruz.”

Varma, bir kara deliğin dönüş hızının tarihi hakkında çok şey ortaya çıkardığını söyledi: İkili olarak adlandırılan etkileşimli bir çift halinde düzenlenmiş kara delikler için, her bir kara deliğin dönüş yönü de, özellikle birbiriyle ilişkili olarak, açıklayıcıdır.

19 Ocak’ta yayınlanan “İkili Kara Delik Popülasyonunda Spin-Orbit Rezonanslarının İpuçları” Fiziksel İnceleme Mektupları, Varma ve işbirlikçileri, iki kara deliğin dönüşlerinin, yörünge düzlemine yansıtıldığında, birbirine anti-paralel olma eğiliminde olduğunu ve bunun da dönüş-yörünge rezonanslarının bir imzası olabileceğini bildiriyorlar. Varma, bu eğilimleri doğrulamak için daha fazla gözlem yapılması gerektiğini söyledi.

Varma, bu araştırmanın çoğunu Klarman Üyesi iken yürütmüştür; şu anda Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nde Marie Curie üyesidir. Bu çalışmadaki ortak çalışanlar arasında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Syliva Biscoveanu, Maximiliano Isi ve Salvatore Vitale ve Flatiron Enstitüsü’nden Will Farr yer alıyor.

Varma’nın Cornell’deki fakülte danışmanı Hans A. Bethe Fizik Profesörü (A&S) Saul Teukolsky, “Rezonans etkileri fiziksel sistemlerde her yerde bulunur. Bir sistemdeki iki süreç özel olarak ilişkili frekanslarda gerçekleştiğinde ortaya çıkarlar” dedi. “Vijay’in incelemekte olduğu kara delik sistemlerinde, kara deliklerin dönme hareketi ile yörünge hareketleri arasında rezonansın meydana geleceği ve üretilen yerçekimi dalgaları üzerinde bir iz bırakacağı tahmin ediliyor. Bu çalışma, verileri akıllıca analiz edersek şunu gösteriyor. , Genel Görelilik’in bu öngörüsünü test etmeye düşündüğümüzden çok daha yakınız.”

Varma, kara deliklerin tipik olarak döndüğünü (döndüğünü) çünkü ölmekte olan yıldızlardan oluştuklarını söyledi. Bu tür iki kara delik bir ikili sistemde birbirinin yörüngesinde döndüğünde, dönüşleri yörünge ile etkileşime girer.

Varma, ikili kara deliklerin kütleçekim dalgalarına karşı enerji kaybettiğini ve kara deliklerin birbirine doğru hareket etmesine ve sonunda birleşmesine neden olduğunu söyledi. Bazı ikili kara delik dönüşleri, yörünge açısal momentumu boyunca veya karşısında hizalanır ve bu, sabit bir düzlemde “yumuşak” bir birleşmeye yol açar. Ancak diğer ikili kara delikler, yörünge açısal momentumuna göre eğimli dönüşlere sahiptir ve bu, presesyon adı verilen karmaşık bir etkileşimi başlatır.

Varma, “Spinler yörünge açısal momentumuna göre eğildiğinde, yörünge eğik bir eksen boyunca dönen bir tepe gibi ilerler” dedi.

Varma, önleyen ikililerde dönme-yörünge rezonansları meydana gelebilir, ancak bu, karadelikleri yıldız atalarından üreten süpernova mekanizmasının doğasına bağlıdır, dedi Varma. Süpernova emisyonu her yöne simetrik değilse, kara delik doğumda ateşlenen bir silahın geri tepmesine benzer bir geri tepme hızı alır.

Varma, “Süpernova geri tepmeleri yeterince büyükse, ikili bir dönüş yörünge rezonansına dönüşebilir.” Dedi. “Bunlar, yörünge düzlemindeki dönüş yönlerinin paralel veya anti-paralel olduğu özel konfigürasyonlardır.”

LIGO ve Virgo yerçekimi dalgası dedektörlerinin, spin-yörünge rezonanslarının kanıtlarını toplamak için yeterince hassas olmadığı düşünülüyordu. Ancak Varma ve işbirlikçileri, bu ilk ipuçlarını tespit etmek için iki veri toplama hack’i uyguladı.

İlk olarak, Varma karadelik simülasyonlarına dayalı bilgisayar modellemesini uyguladı.

Teukolsky bir 2020 röportajında, “Vijay, ‘vekil modeller’ olarak adlandırılanları geliştirmede bir dünya uzmanıdır.” Dedi.

Varma, “Bu modeller, sayısal simülasyonlardan elde edilen dönüşlerin etkisini doğru bir şekilde yakalıyor. Bu bilgiler, yerçekimi dalgası gözlemlerinden mümkün olduğunca fazla bilgi çıkarmamıza izin veriyor.”

İkincisi, araştırmacılar, birleşmeden önce birçok yörüngeyi ölçmek için standart uygulama yerine, karadeliklerin birleşmesinden hemen önce dönüşleri ölçmeyi öğrendiler. Bu geç dönüş ölçümü yöntemi, 19 Ocak’ta yayınlanan “İkili kara delik yörünge düzlemi dönüş yönünün ölçülmesi” başlıklı bir tamamlayıcı makalenin konusudur. Fiziksel İnceleme D.

Varma, “Yeni nesil dedektörler 2030’larda gelene kadar başlangıçta imkansız olduğunu düşündüğümüz dönüş yörünge rezonanslarını araştırmaya başlıyoruz.” Dedi. “Umudumuz, bu spin-yörünge rezonanslarını inceleyerek, kalıcı bir gizem olarak kalan süpernova mekanizması hakkında daha fazla şey öğrenebilmemizdir.”