Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Polski naukowiec przegrał zakład. LIGO i Virgo zarejestrowały sygnały z rzadkiej populacji czarnych dziur

Recommended Posts

Teorie mówią, że nie istnieją gwiazdowe czarne dziury o takiej masie. Ale, jak wiemy, natura zawsze znajdzie jakiś sposób, mówi Stan Woosley, astrofizyk z University of California, Santa Cruz. Uczony skomentował w ten sposób to, co zarejestrowały wykrywacze fal grawitacyjnych LIGO i Virgo. A przechwyciły one sygnał świadczący o niezwykle mało prawdopodobnej kolizji czarnych dziur o rzadko spotykanej masie.

Eksperci,  którymi kontaktowali się dziennikarze poinformowali, że wśród 22 fal grawitacyjnych zarejestrowanych od kwietnia przez LIGO/Virgo znajduje się taki, który pochodzi od czarnej dziury o masie nawet 100 mas Słońca. Dzisiaj naukowcy potwierdzili, że zauważyli kolizję dwóch czarnych dziur o masach 65 i 85 mas Słońca, w wyniku której powstała czarna dziura o masie 150 mas Słońca.

Krzysztof Bełczyński, astrofizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, był tak pewien, iż zderzenie takich czarnych dziur jest mało prawdopodobne, że w 2017 roku w podczas spotkania w Aspen Center For Physics wraz z Danielem Holzem z University of Chicago zawarli zakład stwierdzając, iż żadna czarna dziura o takiej masie nie zostanie wykryta w pierwszych 100 sygnałach LIGO/Virgo. Do zakładu dołączył później też Woosley. Zakład przyjęło troje innych naukowców. Myślę, że przegramy ten zakład. Ku chwale nauki, mówi Bełczyński.

W 1967 roku fizycy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie odkryli, że jeśli umierająca gwiazda ma bardzo masywne jądro, to nie zapadnie się ono w czarną dziurę. Gwiazda taka zmieni się w supernową niestabilności kreacji par (pair-instability supernova).

Do jej powstania dochodzi, gdy jądro gwiazdy staje się tak gorące, iż światło spontanicznie zamienia się w nim w pary elektron-pozyton. Dotychczas ciśnienie światła zapewniało stabilność jądra. Gdy zaczyna się ono zamieniać w materię ciśnienie to spada, jądro gwałtownie się kurczy, staje się coraz gorętsze, to z kolei przyspiesza produkcję par elektron-pozyton. Powstaje samonapędzający się mechanizm. W końcu temperatura rośnie do tego stopnia, że dochodzi do fuzji tlenu. W jego wyniku implozja zostanie zatrzymana, a rozpoczyna się proces odwrotny. Następuje eksplozja jądra. Jeśli jądro miało masę 65–130 mas Słońca, cała materia zostaje rozrzucona. Po gwieździe pozostaje mgławica. Jądro nie zapada się, nie powstaje czarna dziura.

Jeśli natomiast jądro, w którym doszło do niestabilności kreacji par miało masę od 50 do 65 mas Słońca, dochodzi do serii eksplozji, które stopniowo wyrzucają materię dopóty, dopóki masa jądra nie spadnie poniżej limitu, w którym niestabilność kreacji par już nie zachodzi. Z tego wynika, że nie powinny istnieć gwiazdowe czarne dziury o masie pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. To bardzo proste obliczenia, mówi Woosley, którego praca z 2002 roku na ten temat jest uważana za ostateczne wyjaśnienie problemu.

Mogą za to istnieć, i istnieją, czarne dziury o masie większej niż 130 mas Słońca, gdyż implozja tak masywnego jądra nie może zostać zatrzymana, nawet w wyniku fuzji tlenu. Jądro zapada się do czarnej dziury. Jednak, jako że gwiazdy tracą masę przez całe swoje życie, gwiazda, która utworzyłaby jądro o masie ponad 130 mas Słońca musiałaby mieć co najmniej masę 300 mas Słońca. Tak masywne gwiazdy są niezwykle rzadkie. Dlatego też większość ekspertów uznaje, że LIGo/Virgo może wykryć kolizje czarnych dziur o masach nie przekraczających 50 mas Słońca.

Znamy też supermasywne czarne dziury o masach miliony i miliardy raza większych od masy Słońca, jednak powstają one w inny sposób, a LIGO i Virgo nie są w stanie wykryć ich zderzeń.

Dlatego tylko niewielu specjalistów uważało, że LIGO i Virgo zauważą kolizje czarnych dziur o masach ponad 50 mas Słońca. Stąd wyzwanie, jakie w formie zakładu rzucili im Bełczyński, Holz i Wooley. Zakład ten przyjęli Carl Rodriguez z MIT, Sourav Chatterjee z Tata Institute for Fundamental Research z Mombasy, do których dołączył później Fred Rasio z Northwestern University. Przegrani mają kupić każdemu z wygranych butelkę wina o wartości 100 USD.

Rodriguez, Chatterjee i Rasio stwierdzili, że co prawda większość kolizji wykrywanych przez LIGO i Virgo prawdopodobnie ma swój początek w izolowanych układach podwójnych, ale niewielka część z nich może zachodzić w gęstych środowiskach takich jak gromady kuliste. Tam zaś, ich zdaniem, może zdarzyć się tak, że np. czarna dziura o masie 50 mas Słońca najpierw wchłonie czarną dziurę o masie 30 mas Słońca, a później znowu połączy się z jakąś czarną dziurą. LIGO/Virgo może zarejestrować to drugie zdarzenie, zatem zauważy zderzenie czarnych dziur, z których co najmniej jedna będzie miała masę pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. Istnieje też jeszcze inna możliwość. Otóż kolizja taka może rozpocząć się również w izolowanym układzie podwójnym. Jeśli jedna z gwiazd układu utworzy czarną dziurę, a układ nadal będzie istniał, to czarna dziura może wchłaniać masę z towarzyszącej jej gwiazdy, rosnąc powyżej „zakazanego” limitu. Później, gdy druga z gwiazd utworzy czarną dziurę, może dojść do kolizji obu czarnych dziur i zarejestrowania tego wydarzenia na Ziemi.

Krzysztof Bełczyński i jego koledzy przegrali więc zakład. Woosley wciąż uważa, że granica „zakazanej masy” istnieje. Jego zdaniem, wśród olbrzymiej liczby czarnych dziur musi istnieć – mimo nielicznych wyjątków – wyraźny spadek liczby czarnych dziur w zakresie masy od 50 do 130 mas Słońca. A te nieliczne istniejące wyjątki to wynik tego, że natura nie znosi próżni.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze, badając populacje gwiazd poza Drogą Mleczną, dokonali odkrycia, które może zmienić nasze rozumienie wielu procesów astronomicznych, w tym tworzenia się czarnych dziur, powstawania supernowych oraz tego, dlaczego galaktyki umierają.
      Od lat 50. ubiegłego wieku przyjmuje się, że populacje gwiazd w innych galaktykach są podobne do tej, którą obserwujemy w Drodze Mlecznej – składają się one z gwiazd o dużej, średniej i małej masie. Duńscy naukowcy, na podstawie obserwacji 140 000 galaktyk do których analizy wykorzystano liczne zaawansowane modele, doszli do wniosku, że rozkład mas gwiazd w innych galaktykach wcale nie jest podobny do tego, co obserwujemy w najbliższym sąsiedztwie. Okazało się, że w odległych galaktykach gwiazdy mają zwykle większą masę niż w Drodze Mlecznej i u jej sąsiadów.
      Masa gwiazd wiele nam mówi. Jeśli zmienimy masę gwiazd, zmieni się też liczba supernowych oraz czarnych dziur powstających z masywnych gwiazd. Zatem uzyskane przez nas wyniki oznaczają, że musimy jeszcze raz rozważyć wiele naszych założeń, gdyż odległe galaktyki wyglądają inaczej niż nasza, mówi główny autor badań, Alber Sneppen z Instytutu Nielsa Bohra.
      Założenie, że rozkład wielkości i mas gwiazd z w odległych galaktykach jest taki sam jak w naszej, przyjęto przed około 70 laty dlatego, że nie wyliśmy w stanie wystarczająco szczegółowo galaktyk tych badać. Widzieliśmy jedynie wierzchołek góry lodowej i od dawna podejrzewaliśmy, że założenie, iż inne galaktyki wyglądają jak nasza, nie jest zbyt dobrym założeniem. Nikt jednak nie próbował dowieść, że w innych galaktykach populacje gwiazd wyglądają inaczej. Nasze badania pozwoliły nam to wykazać, a to otwiera drogę do lepszego zrozumienia tworzenia się galaktyk i ich ewolucji, wyjaśnia profesor Charles Steinhardt.
      Naukowcy wykorzystali katalog COSMO, wielką międzynarodową bazę danych zawierającą ponad milion obserwacji światła z galaktyk, od takich znajdujących się w naszym najbliższym sąsiedztwie, po obiekty odległe o 12 miliardów lat świetlnych. Autorzy analizy twierdzą na przykład, że odkryli, dlaczego w pewnym momencie galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy. Teraz, gdy lepiej określiliśmy masy gwiazd, widzimy nowy wzorzec. Najmniej masywne galaktyki tworzą gwiazdy, a bardziej masywne ich nie tworzą. To wskazuje, że istnieje uniwersalny trend opisujący śmierć galaktyk, mówi Sneppen.
      Z badań wynika również, że większość galaktyk posiada bardziej masywne populacje gwiazd, niż sądzono. Ze szczegółami pracy można zapoznać się na łamach The Astrophysical Journal.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie pracujący przy Event Horizon Telescope (EHT, Teleskop Horyzontu Zdarzeń) pokazali pierwszy obraz Sagittariusa A*, czyli supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Co prawda nie jesteśmy w stanie dostrzec samej czarnej dziury, ale możemy zobrazować rozgrzany świecący gaz krążący wokół niej. EHT zarejestrował światło zakrzywione przez potężną grawitację Sgr A*, która jest 4 000 000 razy bardziej masywna od Słońca.
      Teleskop Horyzontu Zdarzeń to projekt naukowy, w którym uczestniczą radioteleskopy rozsiane po cały świecie. Celem projektu jest obserwacja Sgr A* i M87*, co ma pozwolić na weryfikację OTW, zrozumienie procesu akrecji oraz powstawania dżetów wokół czarnych dziur.
      Byliśmy zaskoczeni tym, jak dobrze rozmiary dysku otaczającego czarną dziurę zgadza się z Ogólną Teorią Względności Einsteina, mówi Geoffrey Bower z EHT. Te bezprecedensowe obserwacje znakomicie uzupełniają naszą wiedzę o tym, co dzieje się w centrum naszej galaktyki i dają nam wgląd w interakcje pomiędzy masywnymi czarnymi dziurami, a otoczeniem.
      Przed trzema laty EHT pokazał nam pierwszy w historii obraz czarnej dziury. Zobrazował wówczas M87*, znajdującą się w centrum galaktyki Messier 87.
      Teraz widzimy, że Sgr A* jest bardzo podobna do M87*, mimo tego, że jest od niej ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna. Mamy dwa całkowicie różne typy galaktyk i dwie czarne dziury o zupełnie innych masach. Ale blisko krawędzi dziury te wyglądają zadziwiająco podobnie, stwierdza Sera Makroff z Uniwersytetu w Amsterdamie.
      Uzyskanie obrazu Sgr A* było znacznie trudniejsze niż M87*. Gaz w pobliżu obu tych czarnych dziur porusza się z taką samą prędkością bliską prędkości światła. Jednak o ile obiegnięcie M87* zajmuje gazowi dni lub tygodnie, to w przypadku SgrA* są to zaledwie minuty. A to oznacza, że jasność gazu i jej wzorzec szybko się zmieniają. Próba sfotografowania takiego obiektu przypomina próbę uzyskania ostrego zdjęcia szczeniaka próbującego schwytać własny ogon, wyjaśnia Chi-kwan Chan z University of Arizona.
      Naukowcy musieli więc opracować zaawansowane narzędzia, które brałyby pod uwagę ruch gazu wokół Sgr A*. O ile zatem M87* była łatwiejszym, bardziej stabilnym obiektem do zobrazowania, w przypadku którego niemal wszystkie zdjęcia wyglądały tak samo, to Sgr A* na każdym z ujęć wyglądała inaczej. Potrzeba było współpracy 300 specjalistów z 80 instytucji na całym świecie, by uzyskać pierwszy uśredniony obraz czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Profesor Bożena Czerny z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN jest pierwszą Polką uhonorowaną Nagrodą im. Lodewijka Woltjera przez Europejskie Towarzystwo Astronomiczne. Polska uczona została nagrodzona za wkład w zrozumienie fizyki dysków akrecyjnych i obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych w aktywnych jądrach galaktyk, a także za prace nad kwazarami i ciemną energią.
      Profesor Czerny ukończyła fizykę teoretyczną na Uniwersytecie Warszawskim. W 1978 roku rozpoczęła pracę w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN. W 1984 roku uzyskała tytuł doktora. Jej rozprawa dotyczyła dysków akrecyjnych. W 2015 roku rozpoczęła pracę w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. W latach 2012–2020 była wydawcą naukowym The Astrophysical Journal Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, w 2019 roku Czeska Akademia Nauk uhonorowała panią profesor Medalem Zasługi im. Ernsta Macha.
      Zainteresowania naukowe profesor Czerny dotyczą głównie modelowania procesów zachodzących w pobliżu czarnych dziur w centrach aktywnych galaktyk, w układach podwójnych oraz porównywania modeli z danymi obserwacyjnymi. Już na początku swojej kariery naukowej zaczęła badać fizyczne podstawy ruchu materii z wewnętrznych obszarów dysku akrecyjnego w kierunku horyzontu zdarzeń. Jest jednym z pionierów badań nad zmiennością promieniowania rentgenowskiego w aktywnych centrach galaktyk i pionowym ułożeniem warstw w dyskach akrecyjnych.
      We współpracy z naukowcami z Uniwersytetów Cambridge, Harvarda i Leicester badała emisję z dysków akrecyjnych w aktywnych jądrach galaktyk. Badała niestabilności dysków akrecyjnych, a w 2011 roku stworzyła, bazujący na ciśnieniu promieniowania działającym na pył nowy model struktury obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych (FRADO – Failed Radiatively Accelerated Dusty Outflow). W ostatnim czasie uczona skupia się na pomiarach światła w echo odległych kwazarów, by w ten sposób dokładniej określić odległość do nich.
      Cieszę się, że jako Polka mogę mieć tak duży wkład w rozwój fizyki i astronomii. Każda publikacja, nowe odkrycie i zdobywane nagrody motywują do dalszego działania. Wierzę w to, że swoją aktywnością otwieram furtkę do lepszego zrozumienia wszechświata, mówi profesor Czerny.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed dwoma laty Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) poinformowało o odkryciu najbliższej Ziemi czarnej dziury. Jednak najnowsze badania przeprowadzone m.in. na Uniwersytecie Katolickim w Leuven (KU Leuven) pokazały, że w układzie HR 6819 nie ma czarnej dziury. Składa się on za to z dwóch gwiazd, z których jedna pochłania drugą.
      Autorzy pierwotnych badań nad HR 6819 twierdzili, że odległy od nas o 1000 lat świetlnych układ składa się z czarnej dziury, gwiazdy obiegającaj ją zaledwie w ciągu 40 dni oraz jeszcze jednej gwiazdy, na znacznie szerszej orbicie wokół tych dwóch obiektów.
      Jednak zespół badawczy z KU Leuven, na którego czele stała doktorantka Julia Bodensteiner zaproponował właśnie inną interpretację danych. Zdaniem belgijskich naukowców HR 6819 składa się wyłącznie z dwóch gwiazd, obiegających się wciągu 40 dni. Jedna z tych gwiazd została odarta przez swojego towarzysza ze znacznej ilości materii.
      Osiągnęliśmy limit możliwych do zdobycia danych. Musieliśmy więc przyjąć inną strategię obserwacyjną, by zdecydować, który scenariusz jest bardziej możliwy, mówi Abigail Frost z KU Leuven. Zespoły z ESO i KU Leuven połączyły więc siły.
      Naukowcy zdecydowali się wykorzystać Very Large Telescope Interferometer (VLTI). VLTI to jedyne urządzenie, które mogło dostarczyć nam decydujących informacji, pozwalających na rozstrzygnięcie, jak naprawdę wygląda HR 6819, dodaje Dietrich Baade, współautor wcześniejszych badań. Scenariusze, które rozważaliśmy, były jasno opisane i można było je od siebie łatwo odróżnić za pomocą odpowiednich instrumentów, stwierdzają naukowcy.
      Oba zespoły zgadzały się co do tego, że HR 6819 składa się z dwóch źródeł światła. Trzeba było określić, czy są to czarna dziura z orbitującą wokół gwiazdą oraz odległa gwiazda czy też dwie gwiazdy na ciasnej orbicie, z których jedna została pozbawiona znacznej części materii.
      Do rozstrzygnięcia sporu zaangażowano dwa instrumenty wchodzące w skład VLTI: GRAVITY oraz MUSE. "MUSE potwierdził, że nie ma jasnego źródła światła na szerokiej orbicie, a dzięki wysokiej rozdzielczości GRAVITY byliśmy w stanie zauważyć dwa źródła światła, któe dzieli zaledwie 1/3 odległości pomiędzy Ziemią z Słońcem", stwierdzili uczeni.
      Stwierdzono zatem, że HR 6819 to układ podwójny, w którym niedawno jedna z gwiazd wyssała atmosferę gwiazdy jej towarzyszącej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W odległości 9 miliardów lat świetlnych od Ziemi dwie supermasywne czarne dziury okrążają się co 2 lata. Masa każdej z nich jest setki milionów razy większa niż masa Słońca, a dzieli je odległość zaledwie 50 razy większa niż dystans pomiędzy Plutonem z Słońcem. Gdy za 10 000 lat obie czarne dziury się połączą, dojdzie do gigantycznej kolizji, która wstrząśnie czasoprzestrzenią i wyśle przez wszechświat fale grawitacyjne.
      Czarne dziury zostały odkryte przez astronomów z California Institute of Technology (Caltech), którzy obserwowali odległy kwazar. Kwazary to aktywne galaktyki o olbrzymiej mocy promieniowania. Promieniowanie to pochodzi z dysku akrecyjnego masywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki. Jest ono tak intensywne, że cała galaktyka wygląda jak gwiazda. Uczeni przyglądali się kwazarowi PKS 2131-021. Już wcześniej wiedziano, że kwazary mogą posiadać dwie supermasywne czarne dziury, ale zdobycie dowodu na to było niezwykle trudne.
      Zespół z Caltechu informuje właśnie na łamach The Astrophysical Journal Letters, że PKS 2131-021 to drugi znany nam obiekt, w którym mogą istnieć dwie supermasywne czarne dziury będące właśnie w trakcie łączenia się. Pierwszym takim obiektem jest kwazar OJ 287, w którym czarne dziury okrążają się w ciągu 9 lat. W przypadku PKS 2131-021 okres ten wynosi zaledwie 2 lata.
      Dowody na istnienie dwóch czarnych dziur w badanym kwazarze pochodzą z obserwacji radiowych prowadzonych przez 45 lat. Pięć różnych obserwatoriów astronomicznych zarejestrowało zmiany jasności kwazaru w paśmie radiowym. Są one powodowane zmianami pozycji względem ziemi potężnego dżetu wydobywającego się z jednej z czarnych dziur. A do zmian tej pozycji dochodzi, gdyż w kwazarze są dwie czarne dziury krążące wokół siebie. Wykres zmian jasności to niemal idealna sinusoida. Niczego wcześniej nie zaobserwowano w żadnym z kwazarów.
      Gdy zdaliśmy sobie sprawę, że szczyty i doliny wykresu dla danych z nowych obserwacji są takie, jak szczyty i doliny wykresu danych z lat 1975–1983, wiedzieliśmy, że dzieje się tam coś szczególnego, mówi główna autorka badań, studentka Sandra O'Neill. Zmiany w PKS 2131 nie są po prostu okresowe. To zmiany sinusoidalne. A to oznacza, że występuje tam wzór, który możemy śledzić w czasie, mówi mentor O'Neill profesor Tony Readhead.
       


      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...