Przejdź do treści

Połączenie partnerów? Może

Symulowany obraz łączenia się dwóch czarnych dziur

Detektory LIGO i Virgo w swoich obserwacjach pokazują coraz więcej połączeń podwójnych czarnych dziur. Czy czarne dziury zaangażowane w te połączenia mają ze sobą coś wspólnego, czy też stały się parami przez przypadek?

Pytanie, w jaki sposób tworzą się podwójne czarne dziury (binary black holes – BBH), nadal pozostaje otwarte, co dodatkowo komplikuje fakt, że masy zaangażowanych czarnych dziur są wyższe niż oczekiwano. Niektórzy astronomowie sugerowali, że BBH są wynikiem masywnych gwiazd, które były już w układach podwójnych, podczas gdy inni zaproponowali scenariusze, w których czarne dziury w gęstych populacjach gwiazd spotykają się i łączą w pary. Inna możliwość jest taka, że czarne dziury w BBH uformowały się tak, jak są we wczesnym Wszechświecie – pomijając egzystencję jako gwiazda – i skończyły w układach podwójnych.

Połączenie podwójnych czarnych dziur jest dobrym sposobem na naukę o samych BBH. Właściwości łączących się składników (takie, jak masa) są odciśnięte na powstałych falach grawitacyjnych. W swoich dwóch pierwszych sesjach obserwacyjnych LIGO i Virgo wykrył dziesięć połączeń BBH, a zaangażowane w te zdarzenia czarne dziury wydają się mieć masy od 18 do 84 mas Słońca.

W nowym badaniu Maya Fishbach i Daniel Holz z University of Chicago odkrywali, w jaki sposób BBH łączą się w pary pod względem masy. I zauważyli coś interesującego – okazuje się, że czarne dziury w pobliskich układach podwójnych mogą mieć ze sobą więcej wspólnego, niż nam się wydawało.

Fishbach i Holz próbowali zrozumieć łączenie się w pary BBH poprzez różne rozkłady masy czarnej dziury. Ogólnie rzecz biorąc rozważano trzy scenariusze:

  1. Masy czarnych dziur pochodzą z podziału ograniczonego tylko przez masy minimalne i maksymalne.
  2. Masy czarnych dziur pochodzą z podziału zależnego od mas minimalnych i maksymalnych oraz stosunku między masami czarnych dziur w układach podwójnych.
  3. Masy czarnych dziur pochodzą z podziału zależnego od mas minimalnych i maksymalnych oraz stosunku między masami czarnych dziur w układach podwójnych i całkowitej masy BBH.

Podczas modelowania i stosowania tych scenariuszy do dziesięciu dostępnych obserwacji łączenia się BBH, Fishbach i Holz opracowali dwa główne ustalenia: losowe pary są mało prawdopodobne, a czarne dziury w BBH mają pięć razy większe szanse na podobną masę niż inne. Odkryli również, że całkowita masa układu może nie odgrywać dużej roli w łączeniu się w pary BBH.

Modele formowania się BBH kończące się czarnymi dziurami o podobnej masie, są zwykle takimi, które obejmują masywne gwiazdy podwójne. Nie wyklucza to innych mechanizmów formowania się, ale praca Fishbach i Holza sugeruje, że przyszłe modele mogą wymagać uwzględnienia stosunku masy w BBH.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Merger Partners? Maybe.

Picky Partners: The Pairing of Component Masses in Binary Black Hole Mergers

Źródło: AASNova

Na ilustracji: Symulowany obraz łączenia się dwóch czarnych dziur. Źródło: SXS Lensing