Cevher Gottlieb / Simons Vakfı
Bir kara deliğin oluşumu ve evriminin bilgisayar simülasyonu
Astrofizikçilerden oluşan bir ekip, manyetik alanların kara deliklerin oluşumunda şimdiye kadar imkansız olduğu düşünülen belirleyici bir rol oynadığını keşfetti.
Flatiron Enstitüsü’ndeki astrofizikçiler ve işbirlikçileri tarafından yürütülen kapsamlı bir dizi bilgisayar simülasyonu, manyetik alanların, kütleleri daha önce düşünülen aralıkta yer alan kara deliklerin yaratılmasında eksik olan unsur olduğunu ortaya çıkardı. var olamaz.
2023’te gökbilimciler dramatik bir olaya tanık oldu: iki kara delik olağanüstü derecede büyük yaklaşık 7 milyar ışıkyılı uzaklıkta çarpıştı.
Muazzam boyutu ve son derece hızlı dönüşü, mevcut tüm açıklamalarla çelişiyordu. Mevcut teorilere göre buna benzer kara delikler onlar basitçe var olmamalılar.
Hesaplamalı Astrofizik Merkezi (CCA), Flatiron Enstitüsü ve ortak kurumlardaki araştırmacılar artık bu kozmik devlerin nasıl oluşabileceğini ve sonunda çarpışabileceğini keşfettiler.
Keşif bir sunumla sunuldu madde Pazartesi günü dergide yayınlandı Astrofizik Günlük Mektupları.
Ekip, onları doğuran yıldızların yaşam döngüsünü yeniden inşa ederek şu sonuca vardı: manyetik alanlarÖnceki modellerde uzun süre ihmal edilen, belirleyicidir.
“Kimse bu sistemlere bakmamıştı bizim yaptığımız gibi; Şimdiye kadar gökbilimciler manyetik alanları basitleştirdiler ve temelde görmezden geldiler” diyor. Cevher GottliebCCA’da astrofizikçi ve makalenin ana yazarı, ifade.
“Ancak Manyetik alanlar dikkate alındığında aşağıdakileri açıklamak mümkündür. Bu tekil olayın kökeni” diye ekliyor araştırmacı.
Kara delik teorisine meydan okuyan 2023 çarpışması
A 2023 kozmik çarpışmabugün aradılar GW231123büyük ölçekli gök hareketlerinin uzay-zamanda yarattığı yerçekimsel dalgaları ölçen LIGO-Virgo-KAGRA gözlemevleri tarafından tespit edildi.
Tespit anında, gökbilimciler anlayamadılar kara deliklerin nasıl bu kadar büyük ve bu kadar hızlı oluştuğunu. Çok büyük bir yıldızın yakıtı bittiğinde çöker ve süpernova olarak patlayarak arkasında daha küçük bir kara delik bırakır.
Bununla birlikte, belirli bir kütle aralığındaki yıldızlar, özellikle şiddetli bir patlama türü yaşarlar. çift kararsızlığı süpernovayıldızı tamamen yok eden.
“Bu süpernovalar nedeniyle kara deliklerin yaklaşık Güneş kütlesinin 70 ve 140 katı” diye açıklıyor Gottlieb. “Dolayısıyla bu aralıktaki kütlelere sahip kara delikleri gözlemlemek şaşırtıcıydı.”
Olası bir açıklama, kara deliklerin bu “yasak kütle aralığında” olmasıdır. dolaylı olarak kara deliklerin birleşmesi yoluyla oluşur daha küçük.
Ancak GW231123 durumunda, böyle bir hipotez olası görünmüyordu. Birleşmeler genellikle kaotiktir ve ortaya çıkan kara deliğin dönüşünü bozma eğilimindedir.
Ancak GW231123’te yer alan iki kara delik neredeyse ışık hızında dönüyordu. şimdiye kadar gözlemlenen en hızlı dönüşbu senaryonun sürdürülmesini zorlaştırıyor.
Bulmacayı çözmek için Gottlieb ve ekibi iki aşamalı bir simülasyon gerçekleştirdi. Birinci, 250 güneş kütlesine sahip bir yıldızı modelledi hayatı ve ölümü boyunca. Bir süpernova olarak patladığında, yaklaşık 150 güneş kütlesine (teorik olarak yasak aralığın biraz üzerinde) küçülmeye yetecek kadar yakıt yakmış ve bir kara deliğin oluşmasına neden olmuştu.
Sonraki aşama manyetik alanlar tanıtıldı. Model, süpernova enkazıyla başladı: yıldız kalıntılarından oluşan, manyetik alanlar ve merkezde yeni oluşmuş bir kara delik içeren dönen bir bulut.
Önceki modeller, kalan tüm malzemenin eninde sonunda kara deliğe düşeceğini varsayıyordu ancak yeni simülasyonlar başka bir gerçeği ortaya çıkardıgözlemleyin Bilim Günlük.
Manyetizma çöken bir yıldızın kaderini nasıl değiştirir?
Çöken bir yıldız dönmüyorsa etrafındaki madde doğrudan kara deliğin içine düşer. Ancak yıldız hızla döndüğündeBu madde kara deliğin etrafında bir disk oluşturarak zamanla onu besliyor ve dönüşünü artırıyor.
Fakat, manyetik alanlar bu süreci bozar. Basıncı, malzemenin bir kısmını ışığa yakın hızlarda dışarı atarak düşmesini önleyebilir.
Bu ihraç emilen kütle miktarını azaltır kara deliğin içinden. Manyetik alanlar ne kadar güçlü olursa uzaya o kadar çok madde fırlatılır. Aşırı durumlarda, yıldızın orijinal kütlesinin yarısına kadarı bu akışlarda kaybolabilir.
Ekibin simülasyonlarında, bu mekanizma doğal olarak kütlesi tam olarak aynı olan bir kara delik üretti. “yasak” olarak değerlendirilen aralık dahilinde.
“Dönme ve manyetik alanların varlığının, yıldızın çöküş sonrası evrimini temelden değiştirebileceğini ve kara deliğin son kütlesini oluşturabileceğini keşfettik. çöken yıldızın toplam kütlesinden çok daha az”, açıklayıcı Gottlieb.
Sonuçlar bir noktaya işaret ediyor ilgi çekici ilişki Bir kara deliğin kütlesi ile dönme hızı arasındaki fark. Daha güçlü manyetik alanlar dönüşü durdurabilir ve daha fazla yıldız kütlesini ortadan kaldırabilir, bu da daha küçük, daha yavaş kara deliklerin oluşmasına neden olabilir. Daha zayıf alanlar daha ağır, daha hızlı dönen kara deliklerin büyümesine olanak sağlar.
Bu model bir şeyi ortaya çıkarabilir kütle ve dönme arasında daha geniş bir ilişki – gelecekteki gözlemlerin doğrulayabileceği bir şey.
Şu anda, başka hiçbir kara delik sistemi bilinmiyor Ancak gökbilimciler gelecekteki tespitlerin GW231123’e benzer daha fazla örnek ortaya çıkaracağını umuyor.
Simülasyonlar aynı zamanda bu manyetik süreçlerin patlamalar ürettiğini de öne sürüyor. gama ışınları kara deliklerin oluşumu sırasında. Bu emisyonların tespit edilmesi teorinin doğrulanmasına yardımcı olabilir ve bu devasa kara deliklerin ne kadar yaygın olabileceğini gösterebilir.
Bu keşifler doğrulanırsa yalnızca “imkansız” kabul edilen bir çarpışmayı açıklamakla kalmayacak, aynı zamanda bilim adamlarının anlama biçimini de derinden değiştirebilecek. en ekstrem ve büyüleyici nesnelerden bazıları evrenin.