infos.ro

LIGO și Virgo detectează pentru prima dată fuziuni rare ale găurilor negre cu stele neutronice | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Astăzi, o echipă internațională de oameni de știință, inclusiv cercetători de la MIT, au a anunţat detectarea unui nou tip de sistem astrofizic: o coliziune între o gaură neagră și o stea neutronică – două dintre cele mai dense și mai exotice obiecte din univers.

Oamenii de știință au detectat semnale de ciocnire a găurilor negre și a stelelor neutronice care se ciocnesc, dar nu au confirmat până acum fuziunea unei găuri negre cu o stea neutronică. Într-un studiu apărut astăzi în Scrisorile din jurnalul astrofizic, Oamenii de știință raportează că au observat nu doar unul, ci două astfel de evenimente rare, fiecare dintre ele a emis unde gravitaționale care au reverberat pe o mare parte a universului înainte de a ajunge pe Pământ în ianuarie 2020, la doar 10 zile una dintre ele.

Undele gravitaționale de la ambele coliziuni au fost detectate de Observatorul undelor gravitaționale cu interferometru cu laser (LIGO) al Fundației Naționale de Știință din Statele Unite și de către Virgo în Italia. Evenimentele sunt denumite GW200105 și GW200115, pentru data la care fiecare undă gravitațională a fost observată. Ambele semnale reprezintă momentele finale în care o gaură neagră și o stea neutronă au intrat în spirală și s-au fuzionat împreună. Pentru GW200105, gaura neagră este estimată a fi de aproximativ 9 ori masa soarelui, cu o stea neutronică însoțitoare de aproximativ 1,9 mase solare. Se estimează că cele două obiecte au fuzionat în urmă cu aproximativ 900 de milioane de ani. GW200115 este produsul unei găuri negre cu 6 mase solare, care s-a ciocnit cu o stea neutronică de aproximativ 1,5 ori masa soarelui nostru, în urmă cu aproximativ 1 miliard de ani. În ambele evenimente, găurile negre au fost suficient de mari încât probabil și-au devorat complet stelele cu neutroni, lăsând foarte puțină sau deloc lumină în urma lor.

Salvatore Vitale, membru al echipei LIGO, profesor asistent de fizică al MIT și membru al Institutului Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială, a vorbit cu Știri MIT despre raritatea ambelor detecții și despre ce ar putea dezvălui fuziunea găurilor negre și a stelelor neutronice despre evoluția stelelor din univers.

Î: Povestește-ne despre aceste sisteme extreme, evazive. În general, ce se știa despre coliziunile care implicau găuri negre și stele neutronice înainte de aceste detectări?

A: Atât stelele cu neutroni, cât și găurile negre sunt lăsate în urmă de stele masive odată ce rămân fără combustibil nuclear. Deoarece o mare parte a stelelor din univers sunt în sisteme binare, ne-am aștepta la existența tuturor combinațiilor posibile în perechi: două stele neutronice, două găuri negre sau o stea neutronică și o gaură neagră.

Stele binare cu neutroni sunt cunoscute de zeci de ani, descoperite folosind radiația electromagnetică. Binarele găurilor negre au fost observate pentru prima dată în 2015, cu detectarea undelor gravitaționale GW150914. După aceea, detectoarele de unde gravitaționale precum LIGO și Virgo au descoperit zeci de găuri negre binare și două stele binare neutronice. Cu toate acestea, binare cu o stea neutronică și o gaură neagră (NSBH) nu au fost niciodată găsite folosind radiații electromagnetice și nici cu unde gravitaționale, cel puțin până acum.

Î: Ce puteți spune din semnal despre posibilele scenarii care ar fi putut aduce aceste obiecte împreună în primul rând?

Din păcate, nu foarte mult, în acest stadiu! Scenariul cel mai probabil este că cele două obiecte din fiecare binar au fost împreună toată viața, ca stele gigantice. Pe măsură ce au rămas fără combustibil, au trecut prin explozii puternice cunoscute sub numele de supernove, lăsând în urmă o stea neutronică și o gaură neagră. Cele două obiecte din binar s-au apropiat apoi din ce în ce mai mult, deoarece pierd energie prin emisia undelor gravitaționale, până când se ciocnesc. LIGO și Fecioara au văzut ultimele secunde care au dus la ciocnire.

Teoretic, aceste fuziuni ar putea produce lumină, ceea ce este extrem de incitant! Cu toate acestea, pentru ca acest lucru să se întâmple, este nevoie de ceva care să fie lăsat în jurul sistemului după ciocnire. Din păcate, dacă gaura neagră este prea masivă sau dacă nu se rotește suficient de repede în jurul axei sale, va înghiți în întregime steaua neutronică înainte ca aceasta să aibă șansa de a fi ruptă. Când se întâmplă acest lucru, nicio materie nu este lăsată în urmă și, prin urmare, nicio lumină. Acesta este ceea ce s-ar fi putut întâmpla cu ambele detectări ale undelor gravitaționale.

Cu toate acestea, este, de asemenea, posibil ca lumina să fi fost, de fapt, emisă, dar să nu fi fost detectată de telescoapele care au urmărit aceste sisteme. Acest lucru se datorează faptului că poziția lor pe cer – pe baza datelor undelor gravitaționale – era destul de incertă, ceea ce implică că telescoapele ar fi putut să nu fi avut șansa să găsească omologul electromagnetic înainte de a dispărea.

Î: Care este semnificația generală a acestei noi detectări? Și ce căi deschide acest lucru în înțelegerea noastră a universului?

A: Aceste două sisteme sunt importante, deoarece sunt prima descoperire clară a stelelor cu neutroni găuri negre, un tip de sursă care nu a fost niciodată observată, cu unde electromagnetice sau gravitaționale. Ne spune că aceste sisteme există, dar sunt mai rare decât stelele binare cu neutroni. Cu doar două surse, cifrele sunt încă foarte incerte, dar aproximativ: pentru fiecare 10 binare de stele neutroni, există o fuziune NSBH.

Rata de fuziune pe care am calculat-o folosind aceste două semnale și proprietățile obiectelor compacte vor fi de un ajutor extraordinar pentru astronomii și modelatorii care încearcă să înțeleagă formarea și evoluția NSBH.

De fapt, din moment ce niciuna nu a fost observată până acum, nu a existat o modalitate bună de a rafina modelele teoretice și numerice. Aceste modele sunt complicate și depind de mulți dintre parametrii fizici ai sistemului binar, precum și de istoria acestuia. De exemplu: Cât de violentă este explozia supernovei care lasă în urmă stele neutronice și găuri negre? Este atât de puternic încât poate distruge cu totul sistemul binar?

În cele din urmă, accesul la fuziunile NSBH va ajuta la rafinarea acestor modele și, prin urmare, înțelegerea noastră a formării și evoluției obiectelor compacte.

Sursa articol

You might also like