За първи път учените успяха да обяснят едновременно и трите необичайни свойства на събитието на сливане на черни дупки, регистрирано през 2019 г. от детектори на гравитационни вълни. Разработрният от тях модел, публикуван в списание Nature, описва взаимодействието на три компонента и предполага, че сблъсъкът е възникнал в далечна галактика в гигантски газов диск, обикалящ около централна свръхмасивна черна дупка.
Черните дупки са едни от най-невероятните обекти във Вселената, но познанията ни за тях са силно ограничени от десетилетия заради това, че те не излъчват сами светлина. Но през 2015 г. бе направен пробив - за първи път бяха записани гравитационни вълни от сливането на две черни дупки, което направи възможно да се направи голяма крачка в тяхното изследване.
„Но как и къде във Вселената се образуват и сливат черните дупки? Дали тези събития се случват, когато две близко разположени звезди колабират и се превръщат в черни дупки, или са резултат от случайни сблъсъци в звездни купове, или нещо друго? Това са някои от ключовите въпроси на новата ера на гравитационно-вълновата астрофизика“, коментира проф. Йохан Самсинг (Johan Samsing), водещ автор на изследването от Института Нилс Бор към Университета в Копенхаген, Дания.
Неочаквано откритие
През 2019 г. обсерваториите на гравитационните вълни LIGO и Virgo регистрират неочаквано събитие, обозначено GW190521. Смята се, че две черни дупки с маси, надвишаващи физически възможните, са станали негови участници, освен това сливането е придружено от проблясък на светлина и най-странното е, че обектите, движещи се един към друг, се въртят не в кръгови орбити, а в елипсовидни.
Илюстрация на черните дупки, генерирали събитието GW190521. Кредит: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
„Събитието GW190521 е най-изненадващото откритие до момента. Необичайните маси и спинове на черните дупкивече бяха изненадващи, но още по-изненадващо беше, че изглежда нямаха кръгова орбита, тъй като без влиянието на трето тяло това не се вписва в фундаменталната природа на гравитационните вълни“, отбелязва съавторът от изследването проф. Имре Бартош (Imre Bartos) от Университета на Флорида.
Но защо една некръгла орбита е толкова необичайна и неочаквана?
„Това се дължи на фундаменталния характер на излъчваните гравитационни вълни, които не само сближават двойката черни дупки, за да се слеят най-накрая, но също така действат, закръгляйки орбитата им", обяснява съавторът Золтан Хайман (Zoltan Haiman), професор в Колумбийския университет .
„Това ме накара да започна да мисля за това как такива некръгли (известни като „ексцентрични“) сливания могат да се случат с изненадващо високата вероятност, както предполага наблюдението“, разказва Йохан Самсинг.
Нужен е трети
Възможно решение на всички необичайни свойства на събитието GW190521 бе открито в суровите условия в центъра на галактика, съдържаща гигантска черна дупка с маса от няколко милиона слънчеви маси и заобиколена от плосък въртящ се диск от газ.
„Дискът играе важна роля при улавянето на малки черни дупки, които са се приближили по-близо до центъра и една до друга с течение на времето. Това предполага не само, че те се срещат и образуват двойки, но и за честите взаимодействия на такива двойки с друга черна дупка, което понякога води до хаотично танго от три черни дупки“, обяснява Хиромичи Тагава (Hiromichi Tagawa), съавтор на изследването от университета Тохоку, Япония.
Черна дупка с акреционен диск и струя светещ горещ газ. Кредит: NASA/JPL-Caltech
Въпреки това, всички предишни проучвания показват, че сливания на черни дупки в ексцентрични орбити, създадени от въздействието на трети обект, са изключително редки. Естествено възниква въпросът: защо вече и без това необичайното събитие GW190521 следва такъв сценарий?
2D билярд
Всичко, което е изчислявано досега, се е основавало на идеята, че взаимодействията на черните дупки се осъществяват в три измерения, както се очаква в повечето звездни системи, разглеждани досега.
„Но тогава се замислихме какво ще се случи, ако взаимодействията на черната дупка се осъществят в плосък диск, който е по-близо до двуизмерна среда. Изненадващо, открихме, че вероятността за образуване на ексцентрично сливане се увеличава до 100 пъти. Това води до факта, че около половината от всички сливания на черни дупки в такива дискове, заобикалящи свръхмасивни черни дупки, ще се характеризират с вероятно ексцентрични орбити“, отбелязва Йохан Самсинг и продължава:
„И това откритие се вписва невероятно добре с наблюдението през 2019 г., което като цяло сега сочи към извода, че иначе зрелищните свойства на този източник не са толкова странни, ако е създаден в плосък газов диск, обграждащ свръхмасивна черна дупка в галактическо ядро."
Еволюцията на черните дупки, която генерира събитието GW190521. Кредит: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Това възможно решение добавя и към един вековен проблем в механиката,
„Взаимодействието между 3 обекта е един от най-старите проблеми във физиката, който Нютон, аз и други интензивно изучавахме. Това, че сега изглежда, че същото играе решаваща роля за това как черните дупки се сливат в някои от най-екстремните места на нашата Вселена, е невероятно вълнуващо“, коментира съавторът Нейтън Лий (Nathan W. Leigh), професор в Universidad de Concepción, Чили.
Еволюцията на черните дупки, която генерира събитието GW190521. Кредит: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Черни дупки в газообразни дискове
Теорията за газовия диск се вписва добре и в обясненията на други изследователи за другите две озадачаващи свойства на GW190521. Големите маси на черната дупка са достигнати чрез последователни сливания вътре в диска, докато излъчването на светлина може да произлиза от околния газ.
„Сега открихме, че има огромна разлика в сигналите, излъчвани от черни дупки, които се сливат в плоски двуизмерни дискове и в триизмерни звездни системи. Това ни дава допълнителен инструмент, който може да се използва, за да разберем процесите на създаване и сблъсък на тези екзотични обекти в нашата Вселена“, заключав Йохан Самсинг.
Справка: “AGN as potential factories for eccentric black hole mergers” 9 March 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-04333-1
Източник: Chaotic Triple Drama: Black Hole Billiards in the Centers of Galaxies
University Of Copenhagen
Още по темата
Физика
"Екзотични компактни обекти" скоро могат да разширят физиката
Физика
Гравитационните вълни GW190521 може да са дошли от сблъсък на екзотични бозонни звезди
Космос
Най-мощният сблъсък на две черни дупки доведе до най-силната гравитационна вълна, отчетена някога (видео)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари