|
Исследователи изучают быстро движущуюся черную дыру
|
|
|
|
Студенты Тусиф Ислам (ведущий автор) и Фероз Х. Шайк вместе с доцентом Виджаем Вармой и доцентом Скоттом Филдом (математика) недавно опубликовали на сервере препринтов arXiv результаты, включающие идентификацию бинарной системы черных дыр, которая скорее всего, образовалась в результате динамического захвата и столкновение которой привело к появлению второй по скорости движения наблюдаемой черной дыры (обозначенной астрономами GW191109). «Одна из ключевых целей гравитационно-волновой астрономии — понять, как черные дыры и их двойные системы формируются в природе», — сказал Варма. «Быстро движущиеся черные дыры могут быть выброшены из своих родительских галактик, что делает их неспособными сливаться с другими черными дырами и образовывать еще более тяжелую гравитационную сингулярность, подобную чудовищам, создавшим гравитационно-волновой сигнал GW190521. Наблюдения за быстродвижущимися черными дырами могут дать нам информацию жизненно важное понимание того, как часто природа позволяет тяжелым черным дырам образовываться в результате повторяющихся слияний».
|
|
|
|
Анализ, проведенный командой на персональном ноутбуке, занял бы 65 лет, но с использованием высокопроизводительных суперкомпьютеров анализ был завершен примерно за одну неделю. Суперкомпьютеры были предоставлены через Центр научных вычислений и исследований данных (CSCDR), Массачусетский зеленый центр высокопроизводительных вычислений и Anvil (поддерживаемый Университетом Пердью и доступный через ACCESS), что позволило группе повторно анализировать наборы данных гравитационных волн. произведено коллаборацией ЛИГО-Вирго-Кагра. В проекте участвовали сотрудники из Австралии, Новой Зеландии, Рочестерского технологического института и Университета Невады в Лас-Вегасе, многие из которых участвовали в дополнительном исследовании после обнаружения первых свидетельств быстро движущейся черной дыры в январе 2022 года. На момент публикации этой статьи это единственные две быстродвижущиеся черные дыры, которые наблюдались, причем вторая из них идентифицируется в настоящем исследовании впервые.
|
|
|
«Эта черная дыра движется со скоростью примерно в треть скорости первой, которую мы наблюдали, всего около 1 миллиона миль в час, или 1500 Маха», — сказал Филд. «Это все еще быстро по человеческим меркам, но недостаточно быстро, чтобы его можно было уверенно выбросить из хостовой среды, как GW200129, событие, которое мы проанализировали еще в январе 2022 года». Команда также нашла намеки на двойную систему черных дыр, образовавшуюся в результате динамического захвата. Это отличается от стандартного механизма формирования двойных звездных систем (таких как Татуин из «Звездных войн»), которые вращаются вокруг общего центра тяжести. В двойных звездных системах у достаточно массивных звезд в конечном итоге заканчивается топливо для процесса термоядерного синтеза, и они погибают в результате взрыва сверхновой, оставляющего после себя черную дыру. Когда обе звезды коллапсируют в черные дыры, они могут образовать двойную систему черных дыр. Однако другой способ потенциально сформировать двойные системы черных дыр — это когда две отдельные черные дыры бродят вокруг звездного скопления, чтобы «захватить» друг друга.
|
|
|
|
«Несмотря на то, что это новая область астрономии, которая началась в 2015 году с первого наблюдения гравитационных волн с помощью LIGO, интересно видеть, что мы уже можем начать отвечать на вопросы о том, как двойные черные дыры формируются в природе», — сказал Варма. «Однако эти возбуждающие сигналы также совпадают с некоторыми шумовыми артефактами в детекторах, а это означает, что нам нужно больше наблюдений, чтобы лучше понять такие двойные системы. Детекторы LIGO в настоящее время проводят четвертый цикл наблюдений после улучшения чувствительности, и мы надеемся увидеть скоро будет много таких сигналов!» Ислам и Шайк — аспиранты в области инженерных и прикладных наук — вычислительной техники и инженерии (CSE). Ислам будет защищать докторскую степень в следующем месяце, и у него открыта должность постдокторанта в Институте теоретической физики Кавли (KITP) в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Шайк, третий автор этой статьи, собирается получить высшее образование в следующем году.
|
|
|
|
«Это невероятно полезный момент — найти вторую быстро движущуюся черную дыру, а также идентифицировать двойную систему черных дыр, которая, возможно, образовалась в результате динамического захвата», — сказал Ислам. «Наше исследование не только вносит волнующую главу в исследование этих астрофизических явлений, но также подчеркивает современные возможности Группы исследования гравитации в CSCDR». Команда создала каталог апостериорных образцов, связанных с этим исследованием, включая 47 гравитационно-волновых событий бинарных черных дыр за 2015–2020 годы и серию визуальных графиков, напоминающих и объясняющих апостериорные эффекты «толчка» и «вращения» для GW200129.
|
|
|
|
Источник
|
