Ny metode forudsiger, hvilke sorte huller, der undslipper deres galakser

Skyd et gevær, og rekylen kan slå dig baglæns. Flet to sorte huller i et binært system, og tabet af momentum giver et lignende rekyl - et "spark" - til det sammensmeltede sorte hul.

"For nogle binære filer, sparket kan nå op til 5000 kilometer i sekundet, som er større end flugthastigheden for de fleste galakser, "sagde Vijay Varma, en astrofysiker ved California Institute of Technology og en kommende Klarman Fellow ved Cornell University's College of Arts &Sciences.

Varma og hans medforskere har udviklet en ny metode, der bruger gravitationsbølgemålinger til at forudsige, hvornår et sidste sort hul vil forblive i dets værtsgalakse, og hvornår det vil blive kastet ud. Sådanne målinger kan give en afgørende manglende brik i puslespillet bag oprindelsen af ​​tunge sorte huller, sagde Varma, samt tilbyde indsigt i galakseudvikling og test af generel relativitet. Han er hovedforfatter af "Extracting the Gravitational Recoil from Black Hole Merger Signals, " udgivet 13. marts i Fysiske anmeldelsesbreve og medforfatter med Maximiliano Isi og Sylvia Biscoveanu fra Massachusetts Institute of Technology.

Når sorte huller kredser i et binært system, deres gravitationsbølger bortfører energi og vinkelmomentum, hvilket får det binære system til at skrumpe, når det spiraler indad. Når et system har asymmetrier, såsom ulige masser, gravitationsbølger udsendes ikke ens i alle retninger, hvilket forårsager et nettotab af lineær momentum, resulterer i en rekyl. Det meste af det rekyl sker lige i nærheden af ​​fusionen, hvilket kan resultere i et kick, der er stort nok til at udvinde det nyligt fusionerede sorte hul fra dets værtsgalakse.

Forskernes modeller er baseret på supercomputersimuleringer, der numerisk løser Einsteins ligninger for generel relativitet. Simuleringerne blev udført som en del af en større forskningsindsats under Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration, der omfatter forskningsgrupper fra Caltech og Cornell. Saul Teukolsky, Cornells Hans A. Bethe professor i fysik, fungerer som gruppeleder.

"Denne forskning viser, hvordan gravitationsbølgesignaler kan bruges til at lære om astrofysiske fænomener på en uventet måde, " sagde Teukolsky. "Man havde troet, at vi skulle vente mere end et årti på detektorer, der er følsomme nok til at udføre denne form for arbejde, men denne forskning viser, at vi faktisk kan gøre det nu - meget spændende! "

Mens de eksisterende offentligt tilgængelige gravitationsbølgesignaler annonceret af LIGO og Jomfruen ikke var stærke nok til en god rekylmåling, ifølge forfatterne, da disse detektorer forbedres i løbet af de næste par år, vil denne metode være i stand til pålideligt at måle kicket.