Araştırmacılar, kara deliklerin mevcut ölçümlerinin evrendeki bu görünmez devlerin oluşum sürecini belirlemek için yetersiz olduğunu söylüyor.
{6 }Bir kara deliğin dönme şekli, özellikle birleşmeden önce birbirlerinin etrafında dönen iki kara delik olan ikili kara delikler için, kökenleri hakkında fikir verebilir. Her bir kara deliğin birleşmeden hemen önceki dönüşü ve eğimi, kara deliklerin sessiz bir galaktik diskten mi yoksa daha aktif bir yıldız kümesinden mi oluştuğunu gösterebilir.
Gökbilimciler, bu başlangıç hikayelerinden hangisinin olduğunu ortaya çıkarmayı umuyorlar. bugüne kadar tespit edilen 69 onaylı ikili dosyayı analiz ederek daha olasıdır. Ancak yeni bir araştırma, mevcut ikili dosya kataloğunun şimdilik kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair temel bir şeyi ortaya çıkarmak için yeterli olmadığını ortaya koyuyor.
Astronomi ve Astrofizik Mektupları dergisinde yayınlanan bir çalışmada, MIT fizikçileri şunu gösteriyor: bilinen tüm ikili dosyalar ve dönüşleri, kara delik oluşumu modellerinde işlenir, verileri yorumlamak için kullanılan belirli modele bağlı olarak sonuçlar çok farklı görünebilir.
Bu nedenle, bir kara deliğin kökenleri “dönebilir” bir modelin evrenin nasıl çalıştığına ilişkin varsayımlarına bağlı olarak farklı şekillerde.
“Modeli değiştirip daha esnek hale getirdiğinizde veya farklı varsayımlarda bulunduğunuzda, evrende kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair farklı bir yanıt alırsınız. LIGO Laboratuvarı’nda çalışan bir MIT yüksek lisans öğrencisi olan çalışmanın ortak yazarı Sylvia Biscoveanu diyor. “Verilerimizde henüz modelin bize söylediklerine inanabileceğimiz bir aşamada olmadığımız için insanların dikkatli olması gerektiğini gösteriyoruz.”
Çalışmanın ortak yazarları arasında MIT doktora sonrası araştırmacısı Colm Talbot; ve MIT’de fizik doçenti ve Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü üyesi Salvatore Vitale.
İki kökenli bir hikaye
Kara deliklerin ikili sistemlerde ortaya çıktığı düşünülüyor iki yoldan biri aracılığıyla. İlki, iki yıldızın birlikte evrimleştiği ve sonunda süpernovalarda patlayarak geride ikili bir sistemde dönmeye devam eden iki kara delik bıraktığı “alan ikili evrimi” yoluyla gerçekleşir. Bu senaryoda, kara delikler nispeten hizalanmış dönüşlere sahip olmalıdır, çünkü birbirlerini benzer yönlere çekmek için – önce yıldızlar, sonra kara delikler – zamanları olacaktır. Bir ikili karadeliğin kara delikleri aşağı yukarı aynı dönüşe sahipse, bilim adamları bunların galaktik disk gibi nispeten sessiz bir ortamda evrimleşmiş olmaları gerektiğine inanırlar.
Kara delik ikili dosyaları, iki kara deliğin olduğu “dinamik düzenek” yoluyla da oluşabilir. delikler, her birinin kendine özgü eğimi ve dönüşü ile ayrı ayrı gelişir. Bazı aşırı astrofiziksel işlemlerle, karadelikler sonunda bir ikili sistem oluşturacak kadar yakın bir araya getirilir. Böyle bir dinamik eşleşme muhtemelen sessiz bir galaktik diskte değil, binlerce yıldızın etkileşiminin iki kara deliği birbirine çarpabileceği küresel bir küme gibi daha yoğun bir ortamda meydana gelebilir. Bir ikili karadeliğin kara delikleri rastgele yönlendirilmiş dönüşlere sahipse, bunlar büyük olasılıkla küresel bir kümede oluşmuşlardır.
Peki, bir kanaldan diğerine karşı ikili dosyaların hangi oranı oluşur? Gökbilimciler, cevabın verilerde ve özellikle de kara delik dönüş ölçümlerinde olması gerektiğine inanıyor.
Bugüne kadar gökbilimciler, bir yerçekimi ağı tarafından keşfedilen 69 ikili dosyada kara deliklerin dönüşlerini elde ettiler. – ABD’deki LIGO ve İtalyan muadili Virgo dahil olmak üzere dalga dedektörleri. Her dedektör yerçekimi dalgalarının işaretlerini dinler; bunlar, devasa kara deliklerin birleşmesi gibi aşırı, astrofiziksel olaylardan arta kalan, uzay-zamandaki çok ince yankılanmalardır.
Gökbilimciler, her bir ikili algılamayla ilgili kütleleri ve dönüşleri dahil olmak üzere kara deliğin özellikleri. Döndürme ölçümlerini genel olarak kabul edilen bir kara delik oluşumu modelinde çalıştılar ve ikili dosyaların hem tercih edilen, hizalanmış bir dönüşe hem de rastgele dönüşlere sahip olabileceğine dair işaretler buldular. Yani evren, hem galaktik disklerde hem de küresel kümelerde ikili dosyalar üretebilir.
“Ama biz, bu ayrımı yapmak için yeterli veriye sahip miyiz?” Biscoveanu diyor. “Ve her şeyin karmaşık ve belirsiz olduğu ve göründüğünden daha zor olduğu ortaya çıktı.”
Verileri döndürme
MIT ekibi, yeni çalışmalarında aynı verilerin verilip verilmeyeceğini test etti kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair biraz farklı teorik modeller üzerinde çalışıldığında aynı sonuçlar.
Ekip ilk olarak, yaygın olarak kullanılan bir kara delik oluşumu modelinde LIGO’nun dönüş ölçümlerini yeniden üretti. Bu model, evrendeki ikili dosyaların bir kısmının, ikili dosyaların geri kalanının rastgele dönüşlere sahip olduğu yerde, hizalı dönüşlere sahip kara delikler üretmeyi tercih ettiğini varsayar. Verilerin, bu modelin varsayımlarıyla uyumlu göründüğünü ve modelin benzer dönüşlere sahip daha fazla kara delik olması gerektiğini öngördüğü yerde bir tepe noktası gösterdiğini buldular.
Ardından, modeli biraz değiştirerek varsayımlarını tahmin edecek şekilde değiştirdiler. tercih edilen kara delik dönüşlerinin biraz farklı bir yönü. Aynı verileri bu ince ayarlı modelde çalıştıklarında, verilerin yeni tahminlerle aynı hizaya gelecek şekilde kaydırıldığını gördüler. Veriler ayrıca, her biri kara deliklerin nasıl dönmeyi tercih ettiğine dair farklı varsayımlara sahip olan diğer 10 modelde de benzer kaymalar yaptı.
“Makalemiz, sonucunuzun verilerden çok tamamen astrofiziğinizi nasıl modellediğinize bağlı olduğunu gösteriyor. kendisi,” diyor Biscoveanu.
“Yaptığımız astrofiziksel varsayımlardan bağımsız bir iddiada bulunmak istiyorsak, düşündüğümüzden daha fazla veriye ihtiyacımız var,” diye ekliyor Vitale.
Tam olarak ne kadar gökbilimcilerin daha fazla veriye ihtiyacı olacak mı? Vitale, LIGO ağı 2023’ün başlarında yeniden başladığında, cihazların birkaç günde bir yeni bir kara delik ikilisi tespit edeceğini tahmin ediyor. Gelecek yıl boyunca bu, verilere eklenecek yüzlerce ölçüm daha ekleyebilir.
“Şu anda sahip olduğumuz dönüş ölçümleri çok belirsiz,” diyor Vitale. “Ancak birçoğunu oluşturduğumuzda daha iyi bilgi edinebiliriz. O zaman, modelimin ayrıntıları ne olursa olsun, verilerin bana her zaman aynı hikayeyi anlattığını söyleyebiliriz – o zaman inanabileceğimiz bir hikaye.”
Referans: “İstediğiniz gibi çevirin: (eksikliği) a) Salvatore Vitale, Sylvia Biscoveanu ve Colm Talbot, 9 Aralık 2022, Astronomy and Astrophysics Letters.
DOI: 10.1051/0004-6361 tarafından yazılan LIGO-Virgo-KAGRA ikili kara deliklerle spin tilt dağılımının ölçümü” /202245084
Bu araştırma kısmen Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.