Gravitacioni talasi pokazuju skrivene populacije u spajanjima crnih rupa

Otkad su gravitacioni talasi otkriveni 2015. godine, instrumenti među kojima su LIGO, Virgo i KAGRA zabeležili su postojan niz signala od sudarajućih crnih rupa, praveći katalog koji sad broji stotine.

Ipak, uprkos ovom obilju podataka, fundamentalno pitanje ostaje nerešeno: Kako se ove crne rupe zapravo formiraju?

Preporučujemo

Dva nezavisna istraživačka tima su upotrebila nove teorijske pristupe da detaljno pregledaju podatke i došla su do sličnog zaključka: spajajuće crne rupe ne formiraju jednu istovrsnu grupu, već se razdvajaju u posebne subpopulacije, od kojih svaka ima potpise različitih mehanizama formiranja.

Svaki put kad se dve crne rupe spajaju, nastali talasi u prostor-vremenu kodiraju informacije o njihovim masama i vrtnjama — brzinu i pravac njihovih rotacija.

Astronomi mogu izvući ova svojstva iz signala gravitacionog talasa, ali je slika često nepotpuna. Dok su se neki binarni sistemi formirali od parova zvezda koje su živele i umrle zajedno, drugi su se sastavili kasnije, uvučeni u orbitu putem slučajnih susreta u gustim zvezdanim okruženjima.

Pošto ove dve putanje imaju neznatno različite uticaje na masu i rotaciju, pregledanje stotina detekcija kako bi se uočili širi obrasci predstavlja trajan izazov.

Otkrivanje subpopulacija

Studija sa Masačusetskog instituta za tehnologiju (MIT) izgradila je model koji se fokusira na dva dobro izmerena parametra rotacije, posmatrajući kako se rotacija crne rupe ravna sa njenim orbitalnim kretanjem.

Druga studija, sa Univerziteta Monaš u Australiji, primenila je otvoreniji pristup, dozvoljavajući da sami podaci odrede koliko različitih grupa je prisutno, bez pretpostavljanja nekog scenarija o formiranju.

Uprkos različitim polazištima, oba tima su identifikovala populaciju neobično masivnih crnih rupa koje su se izdvajale od ostalih – svaka otprilike 40 puta masivnija od Sunca ili teža.

Istraživači iz MIT-a su otkrili da ove veoma teške crne rupe imaju brze, nasumično orijentisane rotacije kao crne rupe nastale iz ranijih spajanja, a ne iz kolapsa zvezda.

Istraživači sa Univerziteta Monaš su došli do sličnog praga mase i takođe pronašli visoke nivoe rotacije u ovoj grupi — mada bez istog jasnog potpisa kad je u pitanju poreklo spajanja. To je podstaklo izvestan oprez u pogledu tumačenja.

Zajedno, nalazi daju neke od dosad najjačih dokaza da je deo osmotrenih spajanja crnih rupa „druga generacija" događaja, rođenih iz crnih rupa koje su se već spojile ranije — a ne iz kolapsa masivnih zvezda.

Ova distinkcija bi na kraju mogla pomoći da se objasni kako crne rupe dospevaju u maseni opseg koji se inače smatra nedostupnim, i kako su se semena supermasivnih crnih rupa u centrima galaksija možda razvila.

Dok detektori gravitacionih talasa postaju osetljiviji na ove masivne binarne sisteme, granice između subpopulacija bi uskoro mogle postati jasnije.

(Telegraf Nauka/Phys.org)