Wszechświat jest zalany falami grawitacyjnymi. Zderzenia masywnych obiektów, takich jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe, generują wiele z nich. Teraz astronomowie zastanawiają się nad środowiskami, w których występują te katastrofalne zdarzenia. Okazuje się, że być może będą musieli przyjrzeć się kwazarom.
Pierwsza detekcja fal grawitacyjnych miała miejsce w 2015 roku. Od tego czasu astronomowie znaleźli kolejnych 90, a kolejne z pewnością zostaną wykryte. Określenie ich prawdopodobnych przyczyn i środowisk jest kluczem do zrozumienia zdarzeń, które je powodują. Kwazary, z całą swoją aktywnością, wydają się być dobrym miejscem do szukania. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku rodzajów interakcji czarna dziura / czarna dziura, które mogą pobudzać fale grawitacyjne.
Kwazar jest sercem aktywnego jądra galaktyki. Silnik, który napędza kwazar, jest supermasywną czarną dziurą. Tam, gdzie są potwory z olbrzymich czarnych dziur, widzisz również gęste dyski gazu. Dyski te wirują z prędkością bliską prędkości światła i są dość jasne w różnych długościach fali światła.
Okazuje się, że jeśli czarna dziura o masie gwiazdowej zostanie wciągnięta na dysk, może zostać wepchnięta do układu podwójnego z inną czarną dziurą. Oddziaływania grawitacyjne między nimi również zakłócają gaz w otaczającym dysku. Gaz ten może oferować pewnego rodzaju sprzężenie zwrotne, które wpływa na orbity czarnych dziur. Ostatecznie takie informacje zwrotne mogą przyspieszyć ich fuzje. Taka idea przyświeca ostatnim symulacjom opisanym w prezentacji na spotkaniu Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego. Artykuł wygłosił Connar Rowan, doktorant na Uniwersytecie Oksfordzkim w Anglii.
Symulowanie łączenia się czarnych w dyskach kwazarowych
Rowan i zespół astronomów stworzyli swoje modele komputerowe do badania działań w sercu kwazara. Chcieli zbadać ich możliwą rolę w falach grawitacyjnych.
Aby uzyskać te odpowiedzi, zespół zasymulował dysk gazowy z 25 milionami cząstek i ukształtował go tak, jak mógł istnieć wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury w sercu kwazara. Umieścili także dwie czarne dziury o masie gwiazdowej, aby śledzić ich zachowanie w dysku. Chcieli sprawdzić, czy oba obiekty zostaną zmuszone do grawitacyjnie związanego układu podwójnego. A jakie byłyby mechanizmy wymuszania? Na koniec chcieli sprawdzić, czy dwie czarne dziury w końcu się połączą. Odpowiedź zajęła około 3 miesięcy.
Bence Kocsis, który kieruje konsorcjum GalNUC, które bada te aktywne rdzenie, powiedział, że symulacja jest cennym narzędziem.
Zdjęcie: Connar Rowan i wsp.
Stymulowanie wyników symulacji
Wyniki ujawniają kilka intrygujących możliwości, które stymulują dyskusję w kręgach badawczych fal grawitacyjnych. Po pierwsze, gaz w dysku faktycznie zmniejsza prędkość czarnych dziur podczas spotkania. W rzeczywistości pozostają uwięzione na orbicie wokół siebie, nawet gdy razem okrążają supermasywną czarną dziurę. Po drugie, bezpośredni opór gazu (podobny do oporu powietrza) również odgrywa pewną rolę. Gaz pochłonięty przez czarne zmusza je do spowolnienia. W odpowiedzi na absorpcję energii kinetycznej czarnej dziury poprzez oddziaływanie grawitacyjne, gaz jest gwałtownie wyrzucany natychmiast po spotkaniu. Wynik ten występuje w większości symulacji i potwierdza wcześniejsze oczekiwania, że gaz znacznie ułatwia wychwytywanie czarnych dziur w powiązane pary.
Trzecie odkrycie pokazało również, że kierunek orbity czarnych również odegrał pewną rolę. W układach podwójnych, w których czarne krążą wokół siebie w przeciwieństwie do ich orbity wokół czarnej, czarne zbliżyły się wystarczająco blisko, aby wywołać fale grawitacyjne. To w zasadzie spowolniło je na tyle, aby umożliwić ostateczne, katastrofalne połączenie.
Symulacje łączenia się czarnych w pobliżu kwazara stanowią intrygującą ścieżkę dla astronomów poszukujących dodatkowych źródeł fal grawitacyjnych.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
