Opracowano metodę badania pochodzenia czarnych dziur
Czy czarne dziury mają swoje „drzewa genealogiczne”? Dzięki analizie fal grawitacyjnych naukowcy opracowali metodę, która pozwala w pewnym stopniu odtworzyć historię powstania czarnych dziur, m.in. poznać ich przodków oraz środowiska, w jakich mogły powstać. W jaki sposób naukowcom udało się tego dokonać?
Każda kolizja czarnych dziur generuje fale grawitacyjne. Te „zmarszczki” w czasoprzestrzeni rozchodzą się z prędkością światła i są wykrywane przez zaawansowane detektory fal grawitacyjnych, takie jak Virgo, Kagra czy LIGO. Zgodnie z pracą autorstwa zespołu badawczego pod przewodnictwem Carlosa Araújo-Álvareza opublikowaną w czasopiśmie Astrophysical Journal, analizując te sygnały, można zdobyć informacje o masach, rotacji oraz pochodzeniu łączących się czarnych dziur.
Większość czarnych dziur powstaje w wyniku zapadnięcia się masywnych gwiazd, które wyczerpały swoje paliwo. Istnieje jednak szczególny zakres mas, w którym czarne dziury nie mogą formować się bezpośrednio z gwiazd – jest to tak zwany zakres mas niestabilności kreacji par. W tym przypadku czarne dziury powstają w wyniku hierarchicznych połączeń mniejszych obiektów, tworząc swego rodzaju „drzewo genealogiczne”.
Dlaczego czarne dziury opuszczają swoje pierwotne obszary?
Proces tworzenia się coraz większych czarnych dziur nie jest prosty. Po każdej kolizji powstają nowe czarne dziury, które często od początku swojego istnienia dysponują pewną prędkością odrzutu. Może ona osiągać tysiące kilometrów na sekundę, co w wielu przypadkach wystarcza, by wyrzucić je ze swoich macierzystych galaktyk. Na przykład w gromadach kulistych prędkość ucieczki wynosi zwykle jedynie około 50 km/s, co oznacza, że większość takich czarnych dziur może opuścić swoje otoczenie.
Badania pokazują, że prędkość nadawana nowopowstałej czarnej dziurze zależy od właściwości jej „przodków”, które nie są bezpośrednio obserwowalne. Kluczowym czynnikiem jest tutaj spin czarnych dziur, choć obecnie jego pomiary są wciąż dość niedokładne.
Analiza sygnału GW190521
Jednym z przykładów zastosowania nowej metody analizy jest badanie sygnału GW190521, który pochodzi od czarnej dziury mieszczącej się w przedziale mas świadczącym o tym, że musiała powstać na skutek kolizji dwóch innych czarnych dziur. Badacze doszli do wniosku, że prawdopodobieństwo, iż powstała ona w gromadzie kulistej, jest niewielkie. Duże prędkości odrzutu sugerują bardziej masywne środowiska, wśród nich wymieniane są jądra aktywnych galaktyk czy gęste skupiska gwiazd.
Zdaniem naukowców, w przyszłości rozwój trzeciej generacji detektorów fal grawitacyjnych pozwoli na dokładniejsze badanie pochodzenia czarnych dziur. Dzięki temu będzie można lepiej zrozumieć ich „genealogię” i środowiska, w jakich powstają.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
