Disqet kuazar mund të presin ngjarje të përplasjeve të vrimave të zeza

Hulumtimi i ri, në vazhdën e zbulimeve të valëve gravitacionale, hedh dritë mbi mjediset që mund të çojnë në ngjarje të bashkimit të vrimave të zeza. Puna është prezantuar këtë javë në Takimin Kombëtar të Astronomisë 2023 nga Ph.D. student në Universitetin e Oksfordit, Connar Rowan.

Valët e para gravitacionale, të parashikuara fillimisht nga Albert Einstein në vitin 1916, u zbuluan nga Toka në vitin 2015. Megjithatë, përcaktimi i origjinës së tyre në kozmos ka qenë një pyetje e hapur. Për të qenë të dallueshme nëpër distanca të tilla të mëdha, valët gravitacionale që vëzhgojmë mund të kenë ardhur vetëm nga palë objektesh të mëdha, shumë të dendura në afërsi të njëri-tjetrit, të tilla si vrima e zezë ose binarët e yjeve neutron. Tani ka pasur mbi 90 zbulime të tilla, megjithëse mjedisi primar astrofizik që lejon këto objekte të afrohen mjaftueshëm për të lëshuar valë gravitacionale mbetet një mister.

Një mjedis i mundshëm ku vrimat e zeza mund të pësojnë bashkime të shpeshta është në kuazarët. Një kuazar është një bërthamë e fuqishme aktive galaktike e fuqizuar nga një vrimë e zezë supermasive. Një disk i dendur gazi rrotullohet rreth një vrime të zezë supermasive afër shpejtësisë së dritës, duke rezultuar në emetime jashtëzakonisht të ndritshme.

Ndërveprimet e vrimave të zeza me masë yjore me diskun e gazit të një vrime të zezë supermasive janë shumë komplekse dhe kërkojnë simulime të sofistikuara kompjuterike për t’u kuptuar. Në hulumtimin e ri, ekipi i astronomëve nga Universiteti i Oksfordit dhe Universiteti i Kolumbias ekzaminoi sjelljen e vrimave të tilla të zeza me masë yjore të ngulitura në disqe. Puna sugjeron që vrimat e zeza me masë yjore mund të tërhiqen zvarrë në disqe të dendur gazi kuazar dhe të detyrohen në sisteme binare nga ndërveprimet gravitacionale me njëra-tjetrën dhe gazin në disqe.

Ekipi ka kryer simulime me rezolucion të lartë të diskut të gaztë të një kuazari që përmban dy vrima të zeza me masë yjore. Qëllimi i simulimit është të shihet nëse vrimat e zeza kapen në një sistem binar të lidhur me gravitacion dhe ndoshta bashkohen në një kohë të mëvonshme brenda diskut të gazit. Këto simulime përdorin 25 milionë grimca gazi për të imituar rrjedhat komplekse të gazit gjatë takimit, gjë që kërkon një kohë llogaritëse prej rreth tre muajsh për çdo simulim.

Simulimet tregojnë se gazi zvogëlon shpejtësinë e vrimave të zeza gjatë takimit, kështu që vrimat e zeza që normalisht thjesht do të fluturonin larg, mbeten të lidhura gravitacionale, të bllokuara në orbitë rreth njëra-tjetrës, ndërsa të dyja nga ana e tyre rrotullohen rreth vrimës së zezë supermasive. Kjo ndodh nëpërmjet një përzierjeje të tërheqjes gravitacionale midis tyre dhe rrymave masive të gazit në disk dhe disqeve “mini” individuale rreth vrimave të zeza individuale.

Për më tepër, tërheqja e drejtpërdrejtë e gazit analoge me rezistencën e ajrit luan gjithashtu një rol ku gazi i “ngrënë” nga vrimat e zeza përgjatë rrugës së tyre i detyron ata të ngadalësohen. Në përgjigje të thithjes së energjisë kinetike të vrimës së zezë nëpërmjet ndërveprimit gravitacional, gazi nxirret me dhunë menjëherë pas takimit. Ky rezultat ndodh në shumicën e simulimeve dhe konfirmon pritshmëritë e mëparshme se gazi lehtëson shumë kapjen e vrimave të zeza në çifte të lidhura.

U zbulua gjithashtu se drejtimi i orbitës së vrimave të zeza ndikoi në mënyrën se si ato evoluan. Në gjysmën e binarëve retrogradë – sistemet binare ku vrimat e zeza orbitojnë njëra-tjetrën në drejtim të kundërt me orbitën e tyre rreth vrimës së zezë supermasive – vrimat e zeza mund të afrohen mjaftueshëm për të prodhuar valë të rëndësishme gravitacionale dhe të shpërndajnë shumë shpejt energjinë e tyre orbitale nëpërmjet këtyre valëve. emetimet, duke u bashkuar shumë papritur.

Udhëheqësi i kërkimit, Rowan thotë, “Këto simulime adresojnë dy pyetje kryesore: a mundet gazi të katalizojë formimin binar të vrimës së zezë dhe nëse po, a mund të afrohen dhe të bashkohen përfundimisht? Që ky proces të shpjegojë origjinën e sinjaleve të valëve gravitacionale të vëzhguara, të dyja përgjigjet duhen të jetë po”.

“Këto rezultate janë tepër emocionuese pasi vërtetojnë se bashkimet e vrimave të zeza në disqet e vrimave të zeza supermasive mund të ndodhin dhe ndoshta shpjegojnë shumë ose ndoshta shumicën e sinjaleve të valëve gravitacionale që vëzhgojmë sot,” tha profesor Bence Kocsis, bashkëautor i punimit kërkimor. .

“Nëse një pjesë e konsiderueshme e ngjarjeve të vëzhguara, qoftë sot ose në të ardhmen, shkaktohet nga ky fenomen, ne duhet të jemi në gjendje të shohim një lidhje të drejtpërdrejtë midis kuazareve dhe burimeve të valëve gravitacionale në qiell,” shton profesori Zoltán Haiman i Universitetit të Kolumbisë. , një tjetër bashkëautor i punimit kërkimor.