A co, gdyby istniał jeden proces zdolny do stworzenia każdego typu wykrywalnego układu gwiazdowych czarnych dziur? Najnowsze badania sugerują, że taki proces może istnieć i że dotyczy on układu potrójnego.
Trzy oddzielne konteksty
Gwiazdowe czarne dziury, czyli czarne dziury o masie co najwyżej kilkaset razy większej od masy Słońca, pojawiają się w wielu różnych środowiskach Drogi Mlecznej. Astronomowie wiedzą od lat 60. XX wieku, że to właśnie te czarne dziury napędzają akrecję małomasywnych układów podwójnych w promieniowaniu rentgenowskim; ostatnio badacze z obserwatoriów fal grawitacyjnych, takich jak LIGO, odkryli pary czarnych dziur krążących wokół siebie tuż przed połączeniem; a w ciągu zaledwie kilku ostatnich lat naukowcy korzystający z sondy Gaia odkryli czarne dziury na szerokich orbitach krążących wokół wciąż żyjących gwiazd.
Chociaż każdy z tych scenariuszy zakłada istnienie czarnej dziury, nie jest jasne, jak dokładnie te czarne dziury są ze sobą powiązane, ani czy w ogóle są powiązane. Na przykład, czy małomasywne układy podwójne w promieniowaniu rentgenowskim powstają w ten sam sposób, co układy podwójne czarnych dziur obserwowane przez LIGO? Czy szerokie układy podwójne gwiazda-czarna dziura odkryte przez sondę Gaia są przeznaczone do połączenia się w dwie czarne dziury, czy też stanowią odrębną populację?
Najnowsze badania prowadzone pod kierownictwem Smadara Naoza (Uniwersytet Kalifornijski w Los Angeles) oferują potencjalną odpowiedź na pytanie o powiązania – każda z tych sytuacji powstaje w wyniku tego samego podstawowego procesu.
Układy potrójne
Mechanizm opisany przez Naoza i jego współpracowników wyglądałby następująco. Najpierw trzy gwiazdy rozpoczynają swoje życie, połączone ze sobą grawitacyjnie. Dwie z nich krążą wokół siebie dość blisko, ale trzecia pozostaje znacznie dalej. Po tym, jak dwie wewnętrzne gwiazdy wypalają się i zapadają w czarne dziury, ulegają zderzeniu, które jest powszechnie obserwowane przez LIGO, i łączą się ze sobą.
To, co stanie się dalej, zależy od geometrii układu i kierunku odrzutu. Jeśli pozostała czarna dziura zostanie wystrzelona w kierunku trzeciej gwiazdy, może po prostu odpłynąć sama, pozostawiając gwiazdę. Jeśli odrzut nie będzie zbyt silny, pozostałość pozostanie grawitacyjnie związana z trzecią gwiazdą, a układ ostatecznie będzie wyglądał jak pary gwiazda-czarna dziura obserwowane przez Gaia. Wreszcie, jeśli odrzut wyśle pozostałość w kierunku trzeciej gwiazdy, możliwe staną się pewne dramatyczne skutki: albo czarna dziura zacznie skubać gwiazdę, a układ stanie się małomasywnym rentgenowskim układem podwójnym, albo czarna dziura po prostu uderzy w gwiazdę. niszcząc ją całkowicie w dużej, olśniewającej eksplozji połączonej z sygnałem fali grawitacyjnej.
Autorzy podkreślają, że ten mechanizm prawie na pewno nie jest jedynym sposobem powstawania tych potrójnych układów gwiazdowych czarnych dziur. Niemniej jednak, ekscytujące jest rozważenie wspólnego wątku leżącego u podstaw tak pozornie odmiennych scenariuszy, a wraz z modernizacją obserwatoriów fal grawitacyjnych możemy mieć nadzieję na testy wykonalności tego mechanizmu w niedalekiej przyszłości.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Black Holes with a Shared Background
- Triples as Links between Binary Black Hole Mergers, Their Electromagnetic Counterparts, and Galactic Black Holes
Źródło: AAS
Na ilustracji: Ilustracja pierwszej czarnej dziury odkrytej z gwiazdą na szerokiej orbicie. Czarna dziura porusza się po mniejszej elipsie wewnętrznej, podczas gdy jej gwiazda towarzysząca orbituje po szerszej, zewnętrznej. Źródło: ESA/Gaia/DPAC
