Ett svart håls ursprung kan tolkas in i hur det
snurrar. Detta gäller i första hand vid undersökning av binärer då två svarta
hål cirklar nära varandra tills de slås samman. Spinn och lutning av respektive
svarta hål strax innan de sammanslår kan avslöja om de uppstod i en galaktisk
skiva eller en dynamisk stjärnhop.
Astronomer hoppas genom detta reda ut vilken av
dessa möjligheter som är mest sannolik. Arbetet utgår genom att analysera
de i dag
69 bekräftade binärer som upptäckts hittills.
I en ny studie som i dagarna publicerats i
tidskriften Astronomy and Astrophysics Letters beskriver MIT-fysiker hur alla
kända binärer och deras spinn bearbetats till modeller av hur bildandet av
svarta hål sker. Slutsatserna ser väldigt olika ut beroende på vilken modell
som använts i tolkning av data.
Ett svart håls ursprung kan tolkas på olika vis beroende
på en modells antaganden om hur universum fungerar.
"Då man ändrar modellen och gör den mer
flexibel eller gör olika antaganden blir svaret olika på hur svarta hål bildas
i universum", säger studiens medförfattare Sylvia Biscoveanu,
MIT-doktorand som arbetar i LIGO-laboratoriet. I övrigt inkluderade studien
Colm Talbot, en mit-postdoc; och Salvatore Vitale, docent i fysik och medlem av
Kavli Institute of Astrophysics and Space Research vid MIT uttrycker det.
Svarta hål i binära system antas uppstå via en av
två vägar. Den första är genom fältbinär evolution", där två stjärnor
utvecklas tillsammans och så småningom exploderar i supernovor och lämnar efter
sig två svarta hål som fortsätter att cirkla i ett binärt system. I det här
scenariot bör de svarta hålen ha relativt likartade snurr då de haft tid -
först som stjärnor, sedan som svarta hål - att dra i varandra i liknande
riktningar. Om en binärs svarta hål har ungefär samma spinn, tror forskare att
de måste ha utvecklats i en relativt lugn miljö till exempel en galaktisk skiva
(skivgalax).
Svarta hål binärer kan också bildas genom
"dynamisk montering", där två svarta hål utvecklas separat vart och ett
med sin egen distinkta lutning och snurr. Genom vissa extrema astrofysiska
processer förs över tid sedan de svarta hålen så småningom tillräckligt nära varandra
för att bilda ett binärt system. Ett sådant dynamiskt skeende skulle sannolikt
inte ske i en lugn galaktisk skiva, utan i en mer stjärntät miljö, såsom en
klotformig stjärnhop, där interaktionen mellan tusentals stjärnor kan slå ihop
två svarta hål (genom ex gravitationen
(min anm)). Om en binärs svarta hål har slumpmässigt orienterade snurr, bildades
de sannolikast i ett klotformigt kluster.
Hittills har astronomer härlett snurr av svarta hål i 69 binärer, som har upptäckts genom ett nätverk av gravitationsvågdetektorer där LIGO i USA och dess italienska motsvarighet Virgo ingick. Varje detektor lyssnar efter tecken på gravitationsvågor. Detta innebär mycket subtila efterklanger genom rumtiden gravitationsvågrester från extrema, astrofysiska händelser som sammanslagning av massiva svarta hål.
Med varje binärs upptäckt har astronomer uppskattat
respektive svarta håls egenskaper, inklusive massa och spinn. De har arbetat in
spinnmätningarna i en allmänt accepterad modell av bildandet av svarta hål och
hittat tecken på att binärer kan ha två skilda spinn, justerat spinn och
slumpmässiga spinn. Det vill säga universum kan producera binärer i både
galaktiska skivor och stjärnkluster.
"Men vi ville veta om vi har tillräckligt med
data för att förstå denna skillnad?" säger Biscoveanu. "Och det visade
sig att saker är rörliga och osäkra och det därmed är svårare att förstå än det
först ser ut."
Teamet reproducerade först LIGO:s spinnmätningar i
en allmänt använd modell av bildandet av svarta hål. I denna modell antas att
en bråkdel av binärerna i universum producerar svarta hål med inriktade snurr
medan resten av binärerna har slumpmässiga snurr. De fann att data verkade
stämma överens med denna modells antaganden och visade en topp där modellen
förutspådde att det skulle finnas fler svarta hål med slumpmässig snurr.
Hur mycket mer data kommer astronomer att behöva?
Vitale uppskattar att när LIGO-nätverket startar upp igen i början av 2023
kommer instrumenten att upptäcka en ny svart hålbinär om inte dagligen så
kanske så ofta som med några dagars mellanrum. Under nästa år kan det därför läggas
till hundratals fler mätningar till datan.
– Mätningarna av de spinn vi har nu är väldigt
osäkra, säger Vitale. – Men när vi bygger upp många fler av dem kan vi få
bättre information och då kan säkrare slutsatser dras.
Forskningen
ovan stöddes delvis av National Science Foundation.
Bild vikipedia av En visuell tolkning av ett svart
hål eller neutronstjärna med en närliggande stjärna utanför dess Roche-gräns.
Infallande materia bildar en ackretionsskivan samtidigt som annan materia med
mycket hög energi slungas ut som strålar
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar