Søger efter, hvor meget ulige masse sorte hul-binære filer kommer fra

Den direkte påvisning af gravitationsbølger fra mindst elleve kilder i løbet af de sidste fem år har tilbudt en spektakulær bekræftelse af Einsteins model for tyngdekraft og rum-tid, mens modelleringen af ​​disse begivenheder har givet information om stjernedannelse, gammastråleudbrud, neutronstjerner, universets alder, og endda verifikation af ideer om, hvordan meget tunge elementer produceres. Størstedelen af ​​disse gravitationsbølgebegivenheder opstod fra sammensmeltningen af ​​to sorte huller med sammenlignelige masser i et kredsende par. Næsten lige store massepar foretrækkes stærkt i modeller af binær sort huldannelse, om de skyldes udviklingen af ​​isolerede binære stjerner eller fra den dynamiske parring af to sorte huller. Dette år, imidlertid, LIGO og Jomfruens gravitationsbølgeobservatorier rapporterede den første påvisning af et meget ulige massepar af sorte huller, GW190412, hvis estimerede masser er omkring 30 og otte solmasser. Spørgsmålet, derefter, hvordan blev de dannet?

CfA-astronomen Carl Rodriguez ledede et hold af kolleger i en teoretisk undersøgelse af, hvordan en sådan ulige masse-binær kunne dannes. Den mest oplagte løsning er at se i en tæt stjernehob, hvor lavt spin, sammenlignelige masse sorte hul-par kan naturligt dannes, dels fordi massive sorte huller og stjerner har en tendens til at synke mod midten af ​​hoben og lettere kan støde på hinanden. Men selv der vil disse møder næppe producere et ulige massepar. Hvert sort huls spin tilføjer en yderligere komplicerende faktor. Spintet kvantificeres med et tal mellem nul og en. Hvis hvert af de sorte huller i en fusion har en lav værdi af spin, som forventet, så vil deres fusion normalt producere et mere massivt sort hul, hvis spin er stort, måske omkring 0,7, men det udledte spin af det massive sorte hul i GW190412 er velbestemt til at være omkring 0,43, tyder på, at det ikke opstod ved en så simpel fusion.

Astronomerne hævder, at den mest sandsynlige måde at producere dette usandsynlige par på kan være gennem to tidligere sorte hul-parfusioner i klyngen, en proces, der i sidste ende kan resultere i et sort hul med det korrekte udledte spin. Først, to binære par af sorte huler smelter hver sammen; hvert af disse par har sorte huller med sammenlignelige moderate masser og hver producerer et mere massivt sort hul. Næste, disse to nye sorte huller danner selv et binært par og smelter derefter sammen, producerer de omkring 30 solmasser, moderat spin sort hul som set. Derefter parrer det sorte hul med et sort hul med lav masse for at danne det binære hul, hvis sammenbrud frembragte begivenheden set som GW190412. (Lignende flertrinsvarianter er også mulige.)

Selvom en sådan række begivenheder er sjældne, forskerne viser, at kendte stjernehobe kunne give de rigtige miljøer til, at det kan opstå. Det nye resultat og analyse, som i tilfældet med tidligere gravitationsbølgeopdagelser, har udvidet vores syn på kosmisk variation, mens vi tager udgangspunkt i fundamentale antagelser. En af disse antagelser er, at sorte huller typisk dannes fra stjernernes kollaps med lave spins. Fremtidigt arbejde vil vise, om en tre-trins fusionsproces er nødvendig for at forklare begivenheder som GW190412, eller om antagelser som denne om spin i stedet skal udfordres.