Μαύρες τρύπες σε έκκεντρη τροχιά — ScienceDaily

Όταν οι μαύρες τρύπες συγκρούονται στο σύμπαν, η σύγκρουση κλονίζει τον χώρο και τον χρόνο: η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τη συγχώνευση είναι τόσο μεγάλη που προκαλεί τον χωροχρόνο να ταλαντώνεται, σαν κυματισμοί στην επιφάνεια του νερού. Αυτά τα βαρυτικά κύματα διαδίδονται σε όλο το σύμπαν και μπορούν ακόμα να μετρηθούν χιλιάδες έτη φωτός μακριά, όπως συνέβη στις 21 Μαΐου 2019, όταν τα δύο παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων LIGO (ΗΠΑ) και Virgo (Ιταλία) έπιασαν ένα τέτοιο σήμα. Ονομάστηκε GW190521 από την ημερομηνία της ανακάλυψής του, το συμβάν βαρυτικών κυμάτων από τότε έχει προκαλέσει συζήτηση μεταξύ των ειδικών επειδή διαφέρει σημαντικά από τα προηγούμενα μετρημένα σήματα.

Το σήμα αρχικά ερμηνεύτηκε ότι σημαίνει ότι η σύγκρουση περιελάμβανε δύο μαύρες τρύπες που κινούνταν σε σχεδόν κυκλικές τροχιές η μία γύρω από την άλλη. «Τέτοια δυαδικά αρχεία μπορούν να δημιουργηθούν με μια σειρά αστροφυσικών διεργασιών», εξηγεί ο καθηγητής Sebastiano Bernuzzi, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ιένας, Γερμανία. Οι περισσότερες από τις μαύρες τρύπες που ανιχνεύθηκαν από το LIGO και το Virgo, για παράδειγμα, είναι αστρικής προέλευσης. «Αυτό σημαίνει ότι είναι τα απομεινάρια μεγάλων αστεριών σε δυαδικά αστρικά συστήματα», προσθέτει ο Bernuzzi, ο οποίος ηγήθηκε της τρέχουσας μελέτης. Τέτοιες μαύρες τρύπες περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη σε σχεδόν κυκλικές τροχιές, όπως έκαναν τα αρχικά αστέρια πριν.

Μια μαύρη τρύπα αιχμαλωτίζει την άλλη

«Ωστόσο, το GW190521 συμπεριφέρεται σημαντικά διαφορετικά», εξηγεί η Rossella Gamba. Ο κύριος συγγραφέας της δημοσίευσης κάνει το διδακτορικό του στο Jena Research Training Group 2522 και είναι μέλος της ομάδας Bernuzzi. «Η μορφολογία του και η δομή που μοιάζει με έκρηξη είναι πολύ διαφορετική από τις προηγούμενες παρατηρήσεις.» Έτσι η Rossella Gamba και οι συνεργάτες της ξεκίνησαν να βρουν μια εναλλακτική εξήγηση για το ασυνήθιστο σήμα βαρυτικού κύματος. Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό αναλυτικών μεθόδων τελευταίας τεχνολογίας και αριθμητικών προσομοιώσεων σε υπερυπολογιστές, υπολόγισαν διάφορα μοντέλα για την κοσμική σύγκρουση. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτό πρέπει να συνέβη σε μια εξαιρετικά εκκεντρική διαδρομή αντί για μια οιονεί κυκλική. Μια μαύρη τρύπα αρχικά κινείται ελεύθερα σε ένα περιβάλλον που είναι σχετικά πυκνά γεμάτο με ύλη και μόλις πλησιάσει μια άλλη μαύρη τρύπα, μπορεί να «συλληφθεί» από το βαρυτικό πεδίο της άλλης. Αυτό οδηγεί επίσης στο σχηματισμό ενός δυαδικού συστήματος, αλλά εδώ οι δύο μαύρες τρύπες δεν περιστρέφονται σε κύκλο, αλλά κινούνται έκκεντρα, με πτωτική κίνηση η μία γύρω από την άλλη.

«Ένα τέτοιο σενάριο εξηγεί τις παρατηρήσεις πολύ καλύτερα από οποιαδήποτε άλλη υπόθεση που παρουσιάστηκε μέχρι τώρα». Η πιθανότητα είναι 1:4300», λέει ο Matteo Breschi, διδακτορικός φοιτητής και συν-συγγραφέας της μελέτης που ανέπτυξε την υποδομή για την ανάλυση. Και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Δρ. Gregorio Carullo προσθέτει: «Αν και δεν γνωρίζουμε επί του παρόντος πόσο συχνές είναι αυτές οι δυναμικές κινήσεις μαύρης τρύπας, δεν περιμένουμε να είναι ένα σύνηθες φαινόμενο.» Αυτό κάνει τα τρέχοντα αποτελέσματα ακόμη πιο συναρπαστικά. αυτός προσθέτει. Ωστόσο, χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να διευκρινιστούν χωρίς αμφιβολία οι διαδικασίες που δημιούργησαν το GW190521.

Ομαδική εργασία στην Ομάδα Εκμάθησης Έρευνας

Για το τρέχον έργο, οι ομάδες στο Τορίνο και την Ιένα (ως μέρος του Γερμανικού Ιδρύματος Ερευνών Jena Research Training Group 2522 “Dynamics and Criticality in Quantum and Gravitational Systems”) ανέπτυξαν ένα γενικό σχετικιστικό πλαίσιο για την έκκεντρη συγχώνευση μαύρων οπών και έλεγξαν την αναλυτικές προβλέψεις χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις των εξισώσεων του Αϊνστάιν. Για πρώτη φορά χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα δυναμικής συνάντησης στην ανάλυση δεδομένων παρατήρησης βαρυτικών κυμάτων.

Πηγή ιστορίας:

Υλικά που παρέχονται από Friedrich-Schiller-Πανεπιστήμιο της Ιένας. Γράφτηκε αρχικά από την Ute Schoenfelder. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *