Araştırmalar bulundu: Yoğun yıldız kümeleri, kara delik birleşmeleri için ortak bir yer olabilir
Şubat 2016'da, Lazer Girişimli Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nde (LIGO) çalışan bilim adamları, tarihin yerçekimi dalgalarının ilk keşfedildiği zaman yapıldığını duyurdular. Bu keşif, yalnızca Einstein'ın genel görelilik teorisinin bir yüzyıllık kehanetini doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda en başından sinyaller üreten yıldız ikili kara deliklerin varlığını da doğruladı. Şimdi MIT astrofizikçisi Karl Rodriguez liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, kara deliklerin birden çok kez birleşebileceğini gösteren bir çalışma yürüttü. Araştırmalarına göre, bu "ikinci nesil birleşmeler", genellikle galaksilerin kenarlarının yörüngesinde dönen büyük ve kompakt yıldız kümeleri olan küresel kümelerde meydana gelebilir ve bu kümeler binlerce yıldız içerir.
Bu, yoğun bir yıldız kümesinin merkezinde oluşan ikili bir kara deliği gösteren simüle edilmiş bir fotoğraftır. Fotoğraf: Kuzeybatı Görselleştirme / Carl Rodriguez
"Yoğun Yıldız Kümelerinde Newton Sonrası Dinamikler" Son Derece Merkezden Uzak, Yüksek Dönen ve Tekrarlanan Çift Kara Delik Birleşmeleri "başlıklı araştırma, geçtiğimiz günlerde Physical Review Letters'da yayınlandı. Araştırma, Massachusetts Fizik Enstitüsü ve Kavli Astrofizik ve Uzay Enstitüsünde bir Pappalardo araştırmacısı olan Carl Rodriguez tarafından yönetildi ve Uzay Bilimleri Enstitüsü ve Disiplinlerarası Keşif ve Astrofizik Araştırma Merkezi (CIERA) üyelerini içeriyordu. Carl Rodriguez'in yakın tarihli bir MIT basın bülteninde açıkladığı gibi: Bu yıldız kümelerinin merkezde hızla batan yüzlerce kara delikten oluştuğunu düşünüyoruz.
Bu tür yıldız kümeleri aslında birçok kara deliğin bulunduğu kara delik ikili yıldız fabrikalarıdır.Uzayın küçük bir alanında, iki kara delik daha büyük bir kara delik oluşturmak için birleşebilir. Sonra o yeni kara delik başka bir arkadaş bulabilir ve yeniden birleşebilir. Gökbilimciler ilk kez 17. yüzyılda küresel bir küme gözlemlediklerinden beri, ilgi odağı oldu. Bu küresel kümeler, evrendeki bilinen en eski yıldızlar arasındadır ve çoğu galakside bulunabilir. Galaksi boyutuna ve türüne göre, galaksi kümelerinin sayısı farklıdır Eliptik galaksiler binlerce, Samanyolu gibi galaksiler ise 150'den fazla galaksi taşırlar.
Rodríquez, kara deliklerle etkileşimlerinin uzayda daha az yoğunlukta olan kara deliklerden farklı olup olmadığını görmek için yıllardır küresel kümelerdeki kara deliklerin davranışını inceliyor. Bu hipotezi test etmek için, Rodriguez ve meslektaşları, 24 yıldız kümesini simüle etmek için Northwestern University Quest süper bilgisayarını kullandılar. Bu kümelerin boyutları, farklı yoğunlukları ve metalik bileşimleri kapsayan 200.000 ila 2 milyon arasında değişmektedir. Bu simülasyonlar, bu kümelerdeki yıldızların 12 milyar yıl boyunca evrimini simüle etti. Bu zaman dilimi, bu yıldızların etkileşimini takip etmek ve sonunda bir kara delik oluşturmak için yeterlidir.
İkili kara deliklerin birleştirilmesinin kavramsal çizimi, fotoğraf: LIGO / A. Simonnet.
Simülasyon ayrıca kara deliğin oluşumundan sonraki evrimini ve yörüngesini de simüle etti. Rodriguez şu açıklamayı yaptı: En harika şey, kara delikler bu kümelerdeki en büyük nesneler olduğu için, çift yıldızları oluşturmak için yeterince yüksek kara delik yoğunluğunun olduğu merkeze batacaklarıdır. İkili kara delikler, temelde yıldız kümelerindeki dev hedefler gibidir, onlara başka kara delikler veya yıldızlar fırlatırken, bu çılgın kaotik çarpışmaları yaşayacaklar. Önceki simülasyon Newton fiziğine dayanıyordu ve araştırma ekibi Einstein'ın görelilik etkisini küresel yıldız kümelerinin simülasyonuna eklemeye karar verdi.
Bunun nedeni, kütleçekim dalgalarının Newton'un teorisi tarafından değil, Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin edilmesidir. Rodriguez'in işaret ettiği gibi, bu onların yerçekimi dalgalarının nasıl çalıştığını görmelerini sağladı: Geçmişte insanların yaptığı şey, bunu saf bir Newton problemi olarak ele almaktı. Newton'un yerçekimi teorisi tüm vakaların% 99,9'unu oluşturur. Birkaç durumda, birbirinin yanından sıkıca vızıldayan iki kara deliği çalıştırmanız imkansızdır ve bu genellikle çoğu galakside olmaz ... Einsteinın genel görelilik teorisinde. Yerçekimi dalgaları oraya yayılabilir ve bir kara delik diğerinin yanından geçtiğinde küçük yerçekimi dalgaları atımları yayılabilir. Bu, sistemden yeterince enerji çıkarabilir, iki kara delik aslında bağlanacak ve sonra hızla birleşecekler.
Fikir, 4 Ocak 2017'de LIGO tarafından keşfedilen kara deliğe benzeyen iki birleşen kara deliği gösteriyor. Fotoğraf: LIGO / Caltech
Yıldız kümesinin içinde kara deliklerin yeni bir kara delik oluşturmak için birbirleriyle birleştiğini gözlemlediler. Önceki simülasyonlarda Newton yerçekimi, çoğu ikili kara deliğin birleşmeden önce kümeden atılacağını tahmin etmişti. Ancak göreliliğin etkisini göz önünde bulunduran Rodriguez ve araştırma ekibi, çift kara deliklerin neredeyse yarısının daha büyük bir kara delik oluşturmak için birleştiğini buldu. Rodriguez'in açıkladığı gibi, birleşenlerle atılanlar arasındaki fark şudur:
İki kara delik birleştiklerinde dönerse, ürettikleri kara delik bir roket gibi olacak, tek yönde yerçekimi dalgaları yayacak ve saniyede 5000 kilometre hızla fırlatılabilen yeni bir kara delik oluşturacak -- Yani, çılgın hızlı. Yıldız kümelerinden birinden kaçmak için saniyede onlarca ila yüzlerce kilometreye ihtiyacı var. Bu, önceki simülasyonlarda gökbilimcilerin herhangi bir kara delik birleşme ürününün yıldız kümesinden çıkarılacağına inandıkları bir başka ilginç gerçeğe yol açıyor, çünkü çoğu kara deliğin hızla döndüğü varsayılıyor. Bununla birlikte, LIGO'dan elde edilen son yerçekimi dalgası ölçüm sonuçları bununla çelişiyor gibi görünüyor ve bu, yalnızca düşük spinli çift kara delik birleşmelerini tespit etti.
İki kara deliğin birleşmesinin kavramsal görüntüsü, fotoğraf: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel / SXS
Bununla birlikte, bu varsayım, şimdiye kadar yalnızca düşük dönüşlü çift kara delikler tespit eden LIGO'nun ölçümüyle çelişiyor gibi görünüyor. Bunu doğrulamak için, Rodriguez ve meslektaşları simülasyondaki kara deliğin dönüş hızını düşürdüler. Kümedeki kara deliklerin yaklaşık% 20'sinin 50 ila 130 güneş kütlesi arasında değişen en az bir kara deliğe sahip olduğunu buldular. Esasen bu, bunların "ikinci nesil" kara delikler olduğunu gösteriyor, çünkü bilim adamları bu kütleye bir yıldızın oluşturduğu bir kara delik ile ulaşılamayacağına inanıyor. Rodriguez ve ekibi, LIGO bu aralıkta bir nesne tespit ederse, bunun büyük olasılıkla tek bir yıldızdan ziyade yoğun bir yıldız kümesi içinde birleşen kara deliklerin sonucu olduğunu tahmin ediyor.
Bekleme süresi yeterince uzunsa, sonunda LIGO yalnızca bu kümelerden gelebilecek bir şey görecektir, çünkü bir yıldızdan aldığınız her şeyden daha büyüktür. İlk 100 LIGO keşfinde, LIGO Yukarıdaki kalite açığı tespit edildi. Yerçekimi dalgalarının tespiti, gökbilimcilerin yeni ve heyecan verici araştırmalar yapmalarını sağlayan tarihi bir başarıdır. Bilim adamları, birleşmelerinin yan ürünlerini inceleyerek kara delikler hakkında yeni bir anlayış kazandılar. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, gelişmiş yöntemler ve gözlemevleri arasındaki gelişmiş işbirliği sayesinde daha fazlasını öğrenmeyi bekleyebiliriz.
Brocade Park-Science Popularization Metin: Matt Williams Gönderen: Universe Today Referans: MIT, Physical Review Letters
