Przejdź do treści

Nowe prawdopodobne wyjaśnienie dziwnego połączenia się czarnych dziur

Wizja artystyczna dwóch czarnych dziur krążących wokół siebie

Naukowcy odkrywają alternatywne wyjaśnienie niedawno ogłoszonego zdarzenia połączenia się czarnych dziur.

12 kwietnia 2019 roku LIGO i Virgo wykryły fale grawitacyjne – zmarszczki w czasoprzestrzeni – pochodzące z niezwykłego kosmicznego zdarzenia, w którym dwie czarne dziury się połączyły. W przeciwieństwie do poprzednich dziesięciu ogłoszonych tego typu zdarzeń, w których obie czarne dziury mogły mieć zbliżone lub takie same masy, w GW190412 (taką nazwę otrzymało) uczestniczyły czarne dziury o zdecydowanie różnych masach, gdzie ta cięższa była prawdopodobnie 3-4 razy masywniejsza od lżejszej.

Ponadto, w artykule opublikowanym 19 kwietnia 2020 roku podano, że co najmniej jedna z tych czarnych dziur musiała wirować. Jednak fale grawitacyjne nie pozwalają na dokładny pomiar poszczególnych spinów. Można zmierzyć tylko określoną kombinację spinu. Dlatego, aby mówić o poszczególnych spinach, należy przyjąć założenia oparte na modelach naukowych. Naukowcy informują w swoim artykule, że cięższa, pierwotna czarna dziura może wirować i że ma umiarkowany spin.

W ciągu 24 godzin od ogłoszenia odkrycia, inni naukowcy napisali dokument uzupełniający, w którym zmotywowani najlepszymi obecnie modelami ewolucji masywnych gwiazd w układach podwójnych, argumentowali, że „cięższa” czarna dziura w tym układzie bardzo powoli wiruje, podczas gdy „lżejsza” wiruje bardzo szybko, w tym samym kierunku co ruch orbitalny.

Naukowcy z drugiego zespołu twierdzą, że jeżeli izolowane pary gwiazd krążące wokół siebie rodzą łączące się czarne dziury, naturalnie tworzą pierworodne, cięższe czarne dziury, które wirują bardzo wolno. Zanim gwiazda utworzy czarną dziurę, przekształci się w olbrzyma z gazową otoczką. Kiedy tak się stanie, gwiazda zwolni. Gdy otoczka zostanie zdmuchnięta przez ekstremalne siły pływowe wywierane przez drugą gwiazdę w układzie, rdzeń centralny będzie wirował powoli aby ostatecznie zapaść się w wolno wirującą czarną dziurę.

Ten sam proces powinien dotyczyć także gwiazdy lżejszej, powstałej jako druga, która ostatecznie zapada się w lżejszą czarną dziurę. Jednak gdy druga gwiazda traci gazową otoczkę, separacja układu może być wystarczająco mała, aby umożliwić nagiemu rdzeniu gwiazdy wirowanie przez „blokowanie pływowe”.

Blokowanie pływowe ma miejsce, gdy pływy od orbitującego towarzysza wymuszają okres orbitalny obiektu w celu dopasowania go do czasu potrzebnego na pełną orbitę układu podwójnego. Ma to miejsce na przykład w przypadku zablokowania pływowego Księżyca przez Ziemię. Okres obrotu Księżyca wokół własnej osi jest równy okresowi obiegu wokół Ziemi. Dlatego też Księżyc jest zwrócony zawsze tą samą stroną do Ziemi.

Czasami zatem druga (lżejsza) czarna dziura może zwiększyć spin i wirować szybciej. Naukowcy uważają, że jest tak również w przypadku zdarzenia GW190412. Układy takie powinny także łączyć się wkrótce po powstaniu, ponieważ blokowanie pływowe nastąpi tylko w bardzo ciasnych układach podwójnych.

Chociaż trudno jest potwierdzić tę interpretację, wykrywane w przyszłości zdarzenia łączenia się czarnych dziur pozwolą na dokładniejsze sprawdzenie tego modelu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Scientists reveal New Possible Explanation Of Strange Black Hole Merger

An alternative interpretation of GW190412 as a binary black hole merger with a rapidly spinning secondary

Źródło: OzGrav

Na ilustracji: Wizja artystyczna dwóch czarnych dziur krążących wokół siebie. Źródło: NASA/CXC/A.Hobart