Şubat 2016'da, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) için çalışan bilim adamları, yerçekimi dalgalarının ilk tespitini duyurduklarında tarih yazdılar. Bu keşif, Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi tarafından yapılan asırlık bir tahmini doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda ilk etapta sinyali üretmek için birleşen yıldız ikili kara deliklerin varlığını da doğruladı.
Ve şimdi, MIT astrofizikçisi Carl Rodriguez liderliğindeki uluslararası bir ekip, kara deliklerin birçok kez birleşebileceğini öneren bir çalışma yaptı. Çalışmalarına göre, bu “ikinci nesil birleşmeler” büyük olasılıkla gökadaların kenarlarında yörüngede olan ve yüz binlerce ila milyonlarca yıldızla yoğun bir şekilde paketlenmiş olan büyük ve kompakt yıldız kümeleri olan küresel kümelerde meydana geliyor.
“Yoğun Yıldız Kümelerinde Newton Sonrası Dinamikler: Yüksek Eksantrik, Yüksek Dönen ve Tekrarlanan İkili Kara Delik Birleşmeleri” başlıklı çalışma, Fiziksel İnceleme Mektupları. Çalışma, MIT Fizik Bölümü ve Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü'nden Pappalardo üyesi Carl Rodriguez tarafından yönetildi ve Uzay Bilimleri Enstitüsü ve Astrofizik Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA) üyelerini içeriyordu.
Carl Rodriguez'in son MIT basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Bu kümelerin, merkezde hızla batan yüzlerce ila binlerce kara delikten oluştuğunu düşünüyoruz. Bu tür kümeler aslında iki kara deliğin birleşip daha büyük bir kara delik oluşturabileceği küçük bir alanda asılı olan çok fazla kara deliğe sahip olduğunuz kara delik ikili fabrikalarıdır. Sonra bu yeni kara delik başka bir yoldaş bulabilir ve tekrar birleşebilir. ”
Küresel yıldız kümeleri, gökbilimcilerin 17. yüzyılda ilk kez gözlemlemelerinden bu yana bir hayranlık kaynağı olmuştur. Bu küresel yıldız koleksiyonları Evrendeki bilinen en eski yıldızlar arasındadır ve çoğu gökadada bulunabilir. Yörüngeledikleri galaksinin büyüklüğüne ve türüne bağlı olarak, kümelerin sayısı değişir, Samanyolu gibi gökadaların 150'den fazla olduğu eliptik gökadalar on binlerce barındırır.
Rodriguez yıllardır küresel yıldız kümeleri içindeki kara deliklerin davranışlarını, yıldızlarıyla uzayda daha az nüfuslu bölgeler işgal eden kara deliklerden farklı şekilde etkileşime girip girmediklerini araştırıyor. Bu hipotezi test etmek için Rodriguez ve meslektaşları, 24 yıldız kümesinde simülasyonlar yapmak için Northwestern Üniversitesi'nde Quest süper bilgisayarını kullandılar.
Bu kümelerin boyutu 200.000 ila 2 milyon yıldız arasında değişiyordu ve bir dizi farklı yoğunluk ve metalik kompozisyonu kapsıyordu. Simülasyonlar, 12 milyar yıl boyunca bu kümelerdeki tek tek yıldızların evrimini modelledi. Bu zaman aralığı, bu yıldızları birbirleriyle etkileşime girdikçe takip etmek için yeterliydi ve sonunda kara delikler oluşturdu.
Simülasyonlar, bir kez oluştuktan sonra kara deliklerin evrimini ve yörüngelerini de modelledi. Rodriguez'in açıkladığı gibi:
“Düzgün olan şey, kara delikler bu kümelerdeki en büyük nesneler olduğu için, merkeze batarlar, burada ikili oluşturmak için yeterince yüksek kara delik yoğunluğu elde edersiniz. İkili kara delikler temelde kümede asılı duran dev hedeflere benziyor ve onlara başka kara delikler veya yıldızlar atarken, bu çılgın kaotik karşılaşmalara maruz kalıyorlar. ”
Önceki simülasyonlar Newton’un fiziğine dayanırken, ekip Einstein’ın göreli etkilerini küresel küme simülasyonlarına eklemeye karar verdi. Bunun nedeni, yerçekimi dalgalarının Newton’un teorileri tarafından değil, Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tarafından öngörülmesiydi. Rodriguez'in belirttiği gibi, bu, yerçekimi dalgalarının nasıl bir rol oynadığını görmelerine izin verdi:
“İnsanların geçmişte yaptığı şey, bunu tamamen Newton'cu bir sorun olarak ele almaktı. Newton’un yerçekimi teorisi tüm vakaların yüzde 99,9'unda çalışıyor. İşe yaramadığı birkaç durum, birbiri ile çok yakından fısıldayan iki kara deliğiniz olduğunda olabilir, bu normalde çoğu galakside olmaz ... Einstein'ın yerçekimi dalgaları yayabileceğim genel görelilik teorisinde, bir kara delik diğerinin yanından geçtiğinde, aslında küçük bir yerçekimi dalgası darbesi yayabilir. Bu, sistemden iki kara deliğin gerçekten bağlanması için yeterli enerjiyi çıkarabilir ve sonra hızla birleşeceklerdir. ”
Gözlemledikleri şey, yıldız kümelerinin içinde, kara deliklerin yeni kara delikler oluşturmak için birbirleriyle birleşmesiydi. Önceki simülasyonlarda Newton yerçekimi, ikili kara deliklerin çoğunun birleşmeden önce kümeden atılacağını öngörüyordu. Ancak göreli etkileri dikkate alarak Rodriguez ve ekibi, ikili kara deliklerin neredeyse yarısının daha büyük olanlar oluşturmak için birleştiğini keşfetti.
Rodriguez'in açıkladığı gibi, birleşenler ile dışarı atılanlar arasındaki fark azalmaya başladı:
“İki kara delik birleştiklerinde dönüyorsa, oluşturdukları kara delik, bir roket gibi yerçekimsel dalgaları tek bir tercih edilen yönde yayar ve saniyede 5.000 kilometre kadar hızlı bir şekilde ateş edebilen yeni bir kara delik oluşturur. delicesine hızlı. Bu kümelerden birinden kaçmak için saniyede birkaç on ila yüz kilometre arasında bir vuruş yeterlidir. ”
Bu, astronomların herhangi bir kara delik birleşmesinin ürününün kümeden çıkartılacağına inandıkları önceki simülasyonlar hakkında başka bir ilginç gerçeği ortaya çıkardı, çünkü çoğu kara delik hızlı bir şekilde dönüyor. Bununla birlikte, LIGO'dan yakın zamanda elde edilen yerçekimi dalgası ölçümleri, sadece düşük spinli ikili kara deliklerin birleşmelerini algılayan bununla çelişiyor gibi görünmektedir.
Bununla birlikte, bu varsayım, şimdiye kadar sadece düşük spinli ikili kara delikler tespit eden LIGO'nun ölçümleriyle çelişiyor gibi görünüyor. Bunun sonuçlarını test etmek için Rodriguez ve meslektaşları simülasyonlarındaki kara deliklerin sıkma oranlarını azalttılar. Buldukları şey, kümelerden gelen ikili kara deliklerin yaklaşık% 20'sinin, 50 ila 130 güneş kütlesi arasında değişen en az bir kara deliğe sahip olmasıdır.
Aslında bu, bunların “ikinci nesil” kara delikler olduğunu gösterdi, çünkü bilim adamları bu kitleye tek bir yıldızdan oluşan bir kara delikle ulaşılamayacağına inanıyorlar. İleriye baktığımızda Rodriguez ve ekibi, LIGO bu aralıkta bir kütleye sahip bir nesne tespit ederse, muhtemelen tek bir yıldızdan ziyade yoğun yıldız kümesinde birleşen kara deliklerin sonucudur.
Rodriguez, “Yeterince uzun süre beklersek, sonunda LIGO sadece bu yıldız kümelerinden gelebilecek bir şey görecektir, çünkü tek bir yıldızdan alabileceğiniz her şeyden daha büyük olurdu” diyor. “Ortak yazarlarım ve ben, ilk 100 LIGO tespitinde LIGO'nun bu üst kütle boşluğu içinde bir şey tespit edeceği ikili yıldız oluşumu üzerine çalışan birkaç kişiye karşı bir bahse sahibiz. Bu doğru olursa güzel bir şişe şarap alırım. ”
Yerçekimi dalgalarının tespiti tarihi bir başarıdır ve gökbilimcilerin yeni ve heyecan verici araştırmalar yapmasını sağlayan bir başarıdır. Zaten bilim adamları, birleşmelerinin yan ürünlerini inceleyerek karadelikler hakkında yeni bilgiler ediniyorlar. Önümüzdeki yıllarda, iyileştirme yöntemleri ve gözlemevleri arasındaki artan işbirliği sayesinde daha fazla şey öğrenmeyi bekleyebiliriz.
