kozmos.hr
  • Naslovnica
  • /
  • Astronomija
  • /
  • Znanstvenici objasnili neobično spajanje crnih rupa u GW190521 kao interakciju u dvodimenzionalnom okruženju
Astronomija

Znanstvenici objasnili neobično spajanje crnih rupa u GW190521 kao interakciju u dvodimenzionalnom okruženju

Crne rupe. Izvor: J. Samsing/Niels Bohr Institute.
objavljeno

Neobični gravitacijski valovi koji su dolazili iz GW190521 sugerirali su da crne rupe u pitanju ne kruže jedna oko druge u cirkularnoj orbiti kako to obično biva prije spajanja. Također, njihove mase i gustoće znanstvenicima su djelovale fizički nemoguće.

GW190521 i spajanje u ne-kružnoj orbiti

Naše poznavanje crnih rupa do nedavno je bilo prilično ograničeno jer one ne otpuštaju svjetlost. No, to se promijenilo zahvaljujući Laserskom intereferometarskom observatoriju za proučavanje gravitacijskih valova (LIGO) koji je 2015. uočio svoje prvo spajanje crnih rupa.

„Kako i gdje u našem svemiru nastaju odnosno kako se spajaju crne rupe? Događa li se to kada obližnje zvijezde kolabiraju i obje se pretvore u crne rupe? Je li to zbog bliskih susreta u zvjezdanim skupovima? Ovo su neka od ključnih pitanja u novoj eri astrofizike gravitacijskih valova”, smatra docent Johan Samsing s Instituta Niels Bohr na Sveučilištu u Kopenhagenu, glavni autor novog rada, objavljenog u časopisu Nature, koji se bavi misterijem jednog od najvećih parova crnih rupa dosad, GW190521, promatranog putem gravitacijskih valova. Naime, njegovi gravitacijski valovi spajaju se u ne-cirkularnoj orbiti, a nova teorija nalaže da se radi o svojevrsnom ‘trostrukom kaosu’ unutar velikog diska plina oko supermasivne crne rupe.

2019. došlo je do neočekivanog otkrića gravitacijskih valova od strane LIGO-a i Virgo-a. Spajanje crnih rupa, po imenu GW190521, predstavljalo je određen izazov za znanstvenike. Činilo se da su crne rupe mnogo teže nego što je fizički moguće te su također otpustile svjetlost. Pored toga, crne rupe nisu orbitirale jedna oko druge u kružnoj maniri kako to obično biva u trenucima prije spajanja.

“Gravitacijski valovi GW190521 jedni su od najvećih iznenađenja do sada. Mase i pokreti crnih rupa već su bili iznenađujući sami po sebi, ali još je zanimljivije bilo to što se činilo da nemaju kružnu orbitu koja vodi do spajanja”, kaže koautor rada Imre Bartos, profesor na Sveučilištu Florida. Ne-cirkularna orbita je neočekivana „zbog temeljne prirode emitiranih gravitacijskih valova koja ne samo da približava par crnih rupa kako bi se konačno spojili, već djeluje i na kružnost njihove orbite.” Smatra koautor rada Zoltan Haiman, profesor na Sveučilištu Columbia.

Rotirajući disk plina oko crnih rupa

“Ovo opažanje me natjeralo da počnem razmišljati o tome kako se takva ne-kružna (ili ekscentrična) spajanja mogu dogoditi s iznenađujuće velikom vjerojatnošću kao što promatranje sugerira”, tvrdi Samsing. Rješenje misterija možda leži u surovim okruženjima kakva predstavljaju središta galaksija. Ondje se obično nalaze divovske crne rupe, okružene rotirajućim diskom plina. “U tim su okruženjima tipične brzine i gustoće crnih rupa toliko visoke da manje crne rupe poskakuju uokolo kao u divovskoj igri biljara, a široki kružni binarni sustavi ne mogu se ni razviti”, navodi koautor rada, profesor Bence Kocsis sa Sveučilišta Oxford.

“Nova istraživanja pokazuju da disk plina igra važnu ulogu u hvatanju manjih crnih rupa koje se s vremenom primiču bliže središtu, ali također i jedna bliže drugoj. To ne znači samo da se susreću i formiraju parove, već i da bi takav par mogao vršiti interakciju s drugom ili trećom crnom rupom, što često dovodi do kaotičnog tanga tri crne rupe koje lete uokolo na sve strane”, izjavio je koautor studije, astrofizičar Hiromichi Tagawa sa Sveučilišta Tohoku.

Interakcije crnih rupa na ravnom disku

Ne-kružna spajanja možda su češća nego što se isprve mislilo. Dosadašnji proračuni uglavnom su se temeljili na ideji da se interakcije crnih rupa odvijaju u tri dimenzije „ali tada smo počeli razmišljati o tome što bi se dogodilo kada bi se interakcije crne rupe umjesto toga odvijale na ravnom disku, što je zapravo sličnije dvodimenzionalnom okruženju. Iznenađujuće, otkrili smo da se vjerojatnost formiranja ekscentričnog spajanja povećava čak 100 puta, što vodi ka zaključku da je otprilike polovica svih spajanja crnih rupa na takvim diskovima potencijalno ekscentrična (ne-kružna)”, dodaje Samsing. “I to otkriće nevjerojatno se poklapa sa promatranjem iz 2019., što ukazuje na to da, inače spektakularna svojstva ovog izvora, više nisu toliko neobična ako je stvoren u ravnom plinovitom disku koji okružuje supermasivnu crnu rupu u galaktičkom središtu.”

“Interakcija između tri objekta jedan je od najstarijih problema u fizici, koji smo Newton, ja i drugi intenzivno proučavali. Čini se da ovo igra ključnu ulogu u tome kako se crne rupe spajaju na nekim od najekstremnijih mjesta našeg svemira”, objašnjava koautor istraživanja Nathan W. Leigh, profesor na Sveučilištu Concepción (Čile).

Teorija plinovitog diska također se poklapa s objašnjenjima druga dva zagonetna svojstva GW190521. Velike mase crnih rupa postignute su uzastopnim spajanjem unutar diska, a emisija svjetlosti možda potječe iz okolnog plina. “Sada smo pokazali da može postojati ogromna razlika u signalima emitiranim iz crnih rupa koje se spajaju u ravne, dvodimenzionalne diskove, u usporedbi s onima koje često razmatramo u trodimenzionalnim zvjezdanim sustavima, što nam govori da sada imamo dodatni alat koji možemo koristiti da bi proučavali kako se crne rupe stvaraju i spajaju u našem svemiru”, dodaje Samsing.

Znanstvenici pomoću kvantnog računala otkrivaju što se nalazi unutar crne rupe te razmatraju kvantnu gravitaciju

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Samsing, J., Bartos, I., D’Orazio, D.J. et al. AGN as potential factories for eccentric black hole mergers. Nature 603, 237–240 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04333-1

Anonymous (9. ožujka 2022.), Black hole billiards in the centers of galaxies may explain black hole mergers, University of Copenhagen, Phys.org (pristup 16. ožujka 2022.)

Ja sam Matija Klarić.
Student sam Ekonomskog fakulteta, a u slobodno se vrijeme bavim volonterstvom te istraživanjem, čitanjem i pisanjem o mojim omiljenim temama; svemiru, astronomiji, astrofizici i tehnologiji.

Pratite Kozmos na Google Vijestima.