2016 m. Sausio mėn. Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorijos (LIGO) tyrėjai padarė istoriją, kai paskelbė pirmą kartą aptikę gravitacines bangas. Remiama Nacionalinio mokslo fondo (NSF), valdomų „Caltech“ ir MIT, LIGO yra skirta tyrinėti bangas, kurias numatė Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija ir kurias sukėlė juodųjų skylių susijungimai.
Remiantis nauju Kalifornijos Irvino universiteto Kosmologijos centro astronomų komandos atliktu tyrimu, tokie susiliejimai yra daug dažnesni, nei mes manėme. Atlikusi kosmoso apklausą, skirtą apskaičiuoti ir suskirstyti juodąsias skylutes, UCI komanda nustatė, kad galaktikoje gali būti net 100 milijonų juodųjų skylių. Tai yra reikšminga išvada gravitacinių bangų tyrimui.
Tyrimas, kuriame išsamiai aprašomos jų išvados, pavadinimu „Juodųjų skylių skaičiavimas: kosminių žvaigždžių liekanų populiacija ir LIGO pasekmės“, neseniai pasirodė Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai. UC Irvine'o Fizikos ir astronomijos katedros doktoranto Oliverio D. Elberto vadovaujama komanda atliko gravitacinių bangų signalų, kuriuos aptiko LIGO, analizę.
Jų tyrimas prasidėjo maždaug prieš pusantrų metų, netrukus po to, kai LIGO paskelbė pirmąjį gravitacinių bangų aptikimą. Šios bangos buvo sukurtos sujungus dvi tolimas juodąsias skylutes, kurių kiekvienos masė buvo lygi maždaug 30 Saulės. Kaip UCI pranešime spaudai paaiškino Jamesas Bullockas, „UC Irvine“ fizikos ir astronomijos profesorius ir bendraautorius.
„Iš esmės gravitacinių bangų aptikimas buvo didžiulis dalykas, nes tai buvo pagrindinis Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos numatymo patvirtinimas. Bet tada atidžiau pažvelgėme į tikrojo rezultato astrofiziką - dviejų 30 saulės masės juodųjų skylių sujungimą. Tai buvo tiesiog stulbinantis ir privertė mus paklausti: „Ar dažnai pasitaiko tokio dydžio juodųjų skylių ir kaip dažnai jos susilieja?“
Tradiciškai astronomai laikėsi nuomonės, kad juodosios skylės paprastai būna maždaug tokios pačios masės kaip mūsų Saulė. Iš esmės jie siekė LIGO atliktus daugkartinius gravitacinių bangų aptikimus aiškinti atsižvelgiant į tai, kas žinoma apie galaktikų susidarymą. Be to, jie taip pat siekė sukurti būsimų juodųjų skylių susijungimų numatymo sistemą.
Remdamiesi tuo, jie padarė išvadą, kad Paukščių Tako galaktikoje gyvens iki 100 milijonų juodųjų skylių, iš kurių 10 milijonų turėtų būti maždaug 30 Saulės masių - ty panašios į tas, kurios susijungė ir sukūrė pirmąsias gravitacines bangas, kurias aptiko 2016 m. LIGO. Tuo tarpu nykštukinėse galaktikose, tokiose kaip „Draco Nykštukas“, kuris skrieja maždaug per 250 000 mylių atstumu nuo mūsų galaktikos centro, būtų apie 100 juodųjų skylių.
Jie taip pat nustatė, kad šiandien dauguma mažos masės juodųjų skylių (~ 10 Saulės masių) yra 1 trilijono Saulės masių (masyvių galaktikų) galaktikose, o didžiulės juodosios skylės (~ 50 Saulės masių) yra galaktikose, kuriose yra apie 10 milijardų Saulės masių. (ty nykštukinės galaktikos). Išnagrinėję ryšį tarp galaktikos masės ir žvaigždžių metalizmo, jie aiškino galaktikos juodųjų skylių skaičių kaip žvaigždės masės funkciją.
Be to, jie taip pat siekė nustatyti, kaip dažnai juodosios skylės atsiranda poromis, kaip dažnai jos susilieja ir kiek laiko tai užtruks. Jų analizė parodė, kad norint sujungti tai, ką pastebėjo LIGO, susijungimuose reikės įtraukti tik mažą dalį juodųjų skylių. Ji taip pat pasiūlė prognozes, kurios parodė, kaip per kitą dešimtmetį gali susijungti dar didesnės juodosios skylės.
Manoj Kaplinghat, taip pat UCI fizikos ir astronomijos profesorius ir antrasis tyrimo bendraautorius, paaiškino:
„Mes parodome, kad tik 0,1–1 procentas susidariusių juodųjų skylių turi susijungti, kad paaiškintų, ką LIGO matė. Žinoma, juodosios skylės turi būti pakankamai arti, kad susijungtų per pagrįstą laiką, o tai yra atvira problema ... Jei dabartinės idėjos apie žvaigždžių evoliuciją yra teisingos, tada mūsų skaičiavimai rodo, kad net 50 saulės masės juodųjų skylių susijungimas įvyks. būti aptiktas per kelerius metus. “
Kitaip tariant, mūsų galaktikoje galėjo būti juodų skylių, ir susijungimai galėtų vykti reguliariai (atsižvelgiant į kosmologinius laikotarpius). Taigi galime tikėtis, kad ateinančiais metais bus galima aptikti dar daug gravitacijos bangų. Tai neturėtų nustebinti, matant, kaip LIGO nuo 2016 m. Žiemos atliko du papildomus aptikimus.
Tikimasi sulaukti dar daugybės astronomų, kurie turės daug galimybių ištirti juodųjų skylių susijungimus, jau nekalbant apie juos skatinančią fiziką!
