Przejdź do treści

Jak grzmot bez błyskawicy

Gromada kulista NGC 3201

Połączenia między czarnymi dziurami i gwiazdami neutronowymi w gęstych gromadach gwiazd są zupełnie odmienne od tych, które tworzą się w odizolowanych regionach, gdzie gwiazd jest niewiele. Ich powiązane cechy mogą być kluczowe w badaniu fal grawitacyjnych i ich źródeł.

Dr Manuel Arca Sedda z Institute for Astronomical Computing na Uniwersytecie Heidelberga doszedł do tego wniosku w badaniu wykorzystującym symulacje komputerowe. Badania mogą dostarczyć ważnego wglądu w zderzenia dwóch masywnych obiektów gwiazdowych, które astronomowie zaobserwowali w 2019 roku.

Gwiazdy znacznie masywniejsze od naszego Słońca kończą zwykle swoje życie jako gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Gwiazdy neutronowe emitują regularne impulsy promieniowania, które umożliwiają ich wykrywanie. W sierpniu 2017 roku, kiedy zaobserwowano pierwsze połączenie się dwóch gwiazd neutronowych, naukowcy z całego świata za pomocą teleskopów wykryli światło po eksplozji. Z drugiej strony, czarne dziury zwykle pozostają ukryte, ponieważ ich przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że nawet światło nie może się uwolnić, co czyni je niewidocznymi dla detektorów elektromagnetycznych.

Jeżeli dwie czarne dziury się połączą, zdarzenie może być niewidoczne, ale mimo to można je wykryć na falach grawitacyjnych. Niektóre detektory, takie jak LIGO, są w stanie wykryć te fale. Pierwsza udana bezpośrednia obserwacja została przeprowadzona w 2015 roku. Sygnał został wygenerowany przez łączące się dwie czarne dziury. Ale to zdarzenie może nie być jedynym źródłem fal grawitacyjnych, które mogą również pochodzić z połączenia się dwóch gwiazd neutronowych lub czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Według dr Arca Seddy odkrycie różnic jest jednym z wyzwań związanych z obserwowaniem tych zdarzeń.

W swoim badaniu naukowiec z UH przeanalizował zderzenie par czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Użył szczegółowych symulacji komputerowych do zbadania interakcji między układem złożonym z gwiazdy i zwartego obiektu, takiego jak czarna dziura, a trzecim obiektem wędrującym wymaganym do połączenia. Wyniki wskazują, że takie interakcje między trzema ciałami mogą w rzeczywistości przyczynić się do łączenia się czarnej dziury i gwiazdy neutronowej w gęstych obszarach gwiazdowych, takich jak gromady kuliste. Można zdefiniować specjalną rodzinę dynamicznych połączeń, która wyraźnie różni się od połączeń w odizolowanych obszarach – wyjaśnia Manuel Arca Sedda.

Fuzję czarnej dziury z gwiazdą neutronową zaobserwowano po raz pierwszy w obserwatoriach fal grawitacyjnych w sierpniu 2019 roku. Jednak obserwatoria optyczne na całym świecie nie były w stanie zlokalizować elektromagnetycznego odpowiednika w regionie, z którego pochodził sygnał fali grawitacyjnej, co sugeruje, że czarna dziura całkowicie pochłonęła gwiazdę neutronową, nie niszcząc jej wcześniej. Jeżeli zostanie to potwierdzone, może to być pierwsza obserwacja połączenia się czarnej dziury z gwiazdą neutronową wykrytego w gęstym środowisku gwiazdowym, jak to opisał dr Arca Sedda.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Like Thunder Without Lightning

Dissecting the properties of neutron star–black hole mergers originating in dense star clusters

Źródło: University Heidelberg

Na ilustracji: Niewidzialne połączenie się czarnej dziury i gwiazdy neutronowej, czyli fuzja bez emisji promieniowania elektromagnetycznego, zachodzące w gęstych środowiskach gwiazdowych, takich jak widoczna tutaj gromada kulista NGC 3201. Źródło: ESO.