Yeni bir model, bilim adamlarını, Güneş'in kütlesinin milyonlarca katı olan iki süper kütleli kara deliğin çarpışmaya doğru spiral şeklinde ortaya çıkardığı ışık sinyallerini anlamak için bir adım daha yaklaştırıyor. İlk kez, Einstein'ın genel görelilik kuramının fiziksel etkilerini tamamen birleştiren yeni bir bilgisayar simülasyonu, bu sistemlerde gazın ağırlıklı olarak ultraviyole ve X-ışını ışığında parlayacağını göstermektedir.
Hemen her galaksinin kendi Samanyolu'nun büyüklüğü ya da daha büyükleri merkezinde bir canavar kara deliği barındırıyor. Gözlemler gökada birleşmelerinin evrende sıklıkla meydana geldiğini göstermektedir, ancak şimdiye kadar hiç kimse bu dev kara deliklerin birleşimini görmemiştir.
NASA'nın Greenbelt'teki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde astrofizikçi olan Scott Noble, “Merkezdeki süper kütleli kara deliklerle gökadaların tüm zamanları evrende birleştirdiğini biliyoruz, ancak sadece merkezlerinin yakınında bulunan küçük bir gökada parçasını görüyoruz” dedi. Maryland. “Gördüğümüz çiftler, birbirlerinden çok uzak oldukları için güçlü yerçekimsel dalga sinyalleri yaymıyorlar. Amacımız - yalnız ışık ile - ileride yerçekimsel dalga sinyallerinin tespit edilebildiği daha yakın çiftleri tanımlamaktır. ”
Ekibin yeni simülasyon analizini anlatan bir yazı, 2 Ekim Salı günü, The Astrophysical Journal dergisinde yayınlandı ve şu anda çevrimiçi .
Gaz, bu bilgisayarda süper parlak siyah deliklerin simülasyonunda parlak bir şekilde parlıyor. Bunun gibi modeller, bilim adamlarının, bu güçlü ikili sistemlerin gerçek örneklerini tespit etmelerine yardımcı olabilir.
Kredi: NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Bilim adamları, Ulusal Bilim Vakfı'nın Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi (LIGO) kullanarak, yaklaşık üç ila birkaç düzine güneş kütlesi arasında değişen yıldız kütlesinde kara deliklerin birleştiğini tespit ettiler . Yerçekimi dalgaları, ışık hızıyla seyahat eden uzay-zaman dalgalarıdır. Kara delikler ve nötron yıldızları gibi devasa yörüngeler birbirine sarılıp birleştiğinde yaratılırlar.
Süper kütle birleşmeleri, yıldız kütleli kuzenlerinden çok daha zor bulacaklar. Yere dayalı gözlemevlerinin yerçekimi dalgalarını bu olaylardan tespit edememesinin bir nedeni, Dünya'nın kendisinin çok gürültülü olması, sismik titreşimlerden ve atmosferik bozukluklardan gelen yerçekimsel değişimlerden sallanmasıdır. Dedektörler, ESA ( Avrupa Uzay Ajansı ) tarafından yönetilen Lazer Arabulucu Uzay Anteni (LISA) gibi uzayda olmalı) ve 2030’larda lansman yapılması planlanıyor. Gözlemciler, hızlı dönen ipliklerin, pulsarlar olarak adlandırılan süper yıldızların izlenme setlerini, canavar birleşmelerinden kütleçekim dalgalarını tespit edebilir. Deniz fenerleri gibi, pulsarlar da, dönerken görünüm ve dışarı yanıp sönen düzenli zaman ayarlı ışık ışınları yayarlar. Yerçekimi dalgaları, bu yanıp sönmelerin zamanlamasında küçük değişikliklere neden olabilir, ancak şimdiye kadar yapılan çalışmalar herhangi bir tespit yapmamıştır.
Ancak çarpışmaya yaklaşan süper kütleli çiftlikler, yıldız-kütleli çiftçilerin yoksun olduğu bir şey olabilir - gaz açısından zengin bir ortam. Bilim adamları, bir yıldız kara deliği oluşturan süpernova patlamasının da çevredeki gazın çoğunu havaya uçurduğundan şüpheleniyorlar. Kara delik, çok azın ne kadar çabuk kaldığını tüketir, birleşme gerçekleştiğinde kızarmak için fazla bir şey kalmaz.
Öte yandan süper kütle çiftleri galaksi birleşmelerinden kaynaklanır. Her bir üstün kara delik, gaz ve toz bulutlarının, yıldızlarının ve gezegenlerinin bir araya gelmesini sağlar. Bilim adamları, bir galaksi çarpışmasının, bu materyalin çoğunu, merkezi kara deliklere doğru hareket ettirdiğini düşünüyor ve bu da, ikililerin birleşmesi için gerekli olana benzer bir zaman ölçeğinde tüketiyor. Yakında bulunan karadelikler, manyetik ve yerçekimsel kuvvetler kalan gazı ısıttıkça, ışık gökbilimcileri de görebilmeli.
“İki parça ilerleyecek çok önemli,” yazarlarından Manuela Campanelli müdürü Hesaplamalı Görelilik Merkezi ve Gravitasyon de Rochester Institute of Technology'den dokuz yıl önce bu projeyi başlattığı New York'ta. “Bu olayları modellemek, ışığın hızının bir bölümünde birbirini izleyen iki süper kütleli kara deliğin ürettiği tüm fiziksel etkileri içeren karmaşık hesaplamalı araçlar gerektirir. Bu olaylardan beklenen ışık sinyallerinin bilinmesi, modern gözlemlerin onları tanımlamasına yardımcı olacaktır. Modelleme ve gözlemler daha sonra birbirleriyle beslenerek çoğu galaksinin kalplerinde neler olduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olacak. ”
Yeni simülasyon, bir çift süper kütleli kara deliğin üç yörüngesini, birleşmeden sadece 40 yörüngede göstermektedir. Modeller, sürecin bu aşamasında yayılan ışığın, iyi beslenen süper kütleli bir kara delik ile herhangi bir gökadada görülenlere benzer, yüksek enerjili X-ışınları ile UV ışığının hakim olabileceğini ortaya çıkarmaktadır.
Kara delikler birleştiğinde üç tane ışık yayan gaz parlıyor, hepsi sıcak gaz akımlarıyla birbirine bağlı: tüm sistemi çevreleyen büyük bir halka, çevresel disk denen büyük bir halka ve her bir kara deliğin etrafındaki iki küçük parça, mini diskler denir. Tüm bu nesneler ağırlıklı olarak UV ışığı yayar. Gaz, bir mini diske yüksek bir hızda aktığında, diskin UV ışığı, her bir kara deliğin korona, diskin üstünde ve altında bulunan yüksek enerjili atom altı parçacıkların bir bölgesi ile etkileşime girer. Bu etkileşim X-ışınları üretir. Yığılma oranı daha düşük olduğunda, UV ışığı X-ışınlarına göre söner.
Simülasyona dayanarak, araştırmacılar, yakın bir birleşmeyle yayılan X-ışınlarının, tek süper kütleli karadeliklerden görülen X-ışınlarından daha parlak ve daha değişken olacağını ummaktadırlar. Değişikliklerin hızı, hem dairesel diskin iç kenarında bulunan hem de birleşen karadeliklerin gazının yörünge hızına bağlar.
Bu 360 derecelik video, izleyiciyi, 46 dakikalık bir yörünge periyoduyla birlikte, 18.6 milyon mil (30 milyon kilometre) etrafında iki dairesel süper kütleli kara deliğin ortasına yerleştirir. Simülasyon, karadeliklerin, arka planın nasıl bozulduğunu ve karadelik silüetlerinin üretildiği ışığı yakaladığını gösterir. Bir foton halkası olarak adlandırılan ayırt edici bir özellik kara deliklerin ana hatlarını çizmektedir. Tüm sistemin Güneş'in kütlesinin yaklaşık 1 milyon katı olacaktır.
Kredi: NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi; arka plan, ESA / Gaia / DPAC
Paris'teki École Normale Supérieure'de doktora öğrencisi ve başyazar olan Stéphane d'Ascoli, “Karadeliğin her ikisinin de ışığı saptırmasının yolu, bir kara deliğin diğerinin önüne geçtiği filmde görüldüğü gibi karmaşık lens efektlerine yol açıyor” dedi. kağıdın “Bazı egzotik özellikler, kaş şeklindeki gölgeler gibi bir sürpriz olarak ortaya çıktı, bir karadelik arada sırada diğerinin ufkunda yaratıldı.”
Simülasyon koştu Süper Uygulamaları Ulusal Merkezi ' Blue Waters süper bilgisayar at Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi'nde . Sistemin üç yörüngesini modellemek, 9,600 bilgi işlem çekirdeğinde 46 gün sürdü. Campanelli, işbirliğinin kısa bir süre önce Blue Waters'da ek süre kazanarak modellerini geliştirmeye devam ettiğini söyledi.
Orijinal simülasyon tahmini gaz sıcaklıkları. Ekip, sistemin sıcaklık, mesafe, toplam kütle ve yığılma oranı gibi değişen parametrelerinin yayılan ışığı nasıl etkileyeceğini modellemek için kodlarını düzeltmeyi planlıyor. İki kara delik arasında gidip gelen gazın ne olduğunu görmek ve bunun yanı sıra daha uzun zaman aralıklarını modellemekle ilgileniyorlar.
Baltimore'daki Johns Hopkins Üniversitesi'nden bir astrofizik olan eş-yazar Julian Krolik, “Astronomların bu nadir sistemleri süper tek süper kütleli kara deliklerin boynuzları arasında bulabilmelerine yetecek kadar farklı süper kütleli karadeliğe ait ikiliklerden gelen ışık sinyallerini bulmamız gerekiyor . “Bunu yapabilirsek, uzay tabanlı bir yerçekimi dalgası gözlem odası tarafından görülmeden önce süper kütleli kara delikleri birleştirmeyi keşfedebiliriz.”
Başlık resmi: Bu animasyon, diskin düzlemindeki benzetimin donmuş bir sürümü etrafında 360 derece döner. Kredi: NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Kaynak: NASA