găuri negre

O echipă internațională de astrofizicieni a descoperit dovezi solide ale existenței unei discrepanțe prezise teoretic în distribuția maselor găurilor negre.

Despre aceasta s-a raportat publicația științifică N+1, citând o publicație din revista Nature. Descoperirea confirmă ipotezele de mult timp formulate conform cărora stelele cu o anumită masă nu pot lăsa în urmă obiecte compacte, distrugându-se complet în explozii termonucleare puternice.

Mecanismul „instabilității perechilor”

Conform teoriilor moderne ale evoluției stelare, ar trebui să existe o scădere a distribuției masei găurilor negre între 50 și 130 de mase solare. Acest fenomen se explică prin procesele care au loc în nucleele stelelor progenitoare supermasive (100 până la 260 de mase solare). La sfârșitul vieții lor, interacțiunea razelor gamma cu particulele produce perechi electron-pozitron, ceea ce reduce brusc presiunea radiației și duce la colapsul gravitațional al nucleului.

Acest proces inițiază una din cele două faze:

• Distrugere totală: O puternică explozie termonucleară dezintegrează complet materia stelei, fără a lăsa în urmă nicio gaură neagră.
• Pierdere ciclică de masă: Steaua trece printr-o serie de explozii, eliberându-și învelișurile și formând în cele din urmă o gaură neagră chiar lângă limita inferioară a zonei „interzise”.

O nouă abordare a analizei datelor

O echipă condusă de Maya Fischbach de la Universitatea din Toronto a analizat 153 de evenimente de fuziune a găurilor negre detectate de detectoarele LIGO, Virgo și KAGRA. O distincție cheie a acestui studiu a fost concentrarea sa asupra maselor componentelor secundare (mai puțin masive) din perechi, mai degrabă decât asupra celor primare (mai grele). Oamenii de știință au folosit modelarea ierarhică bayesiană pentru a minimiza probabilitatea rezultatelor fals pozitive.

Rezultatele au arătat că, în timp ce distribuția masei găurilor negre primare pare continuă, se observă o discontinuitate distinctă pentru obiectele secundare. Cu o probabilitate de 90%, limitele acestei diferențe sunt situate la 44 și 116 mase solare. Aceste valori se potrivesc aproape perfect cu modelele matematice ale supernovelor instabile în perechi.

Rotația ca indiciu

O confirmare suplimentară a teoriei a venit dintr-o analiză a spinilor (vitezei de rotație) a găurilor negre. Cercetătorii au descoperit că acele obiecte care se încadrează în intervalul de masă „interzis” se rotesc semnificativ mai repede decât însoțitoarele lor. Acest lucru indică faptul că astfel de găuri negre grele nu sunt un produs direct al evoluției stelelor individuale, ci au apărut mai degrabă din fuziuni anterioare ale altor găuri negre.

Observatorul spațial Gaia a descoperit un fenomen neobișnuit în Calea Lactee: un roi de peste 100 de găuri negre cu masă stelară s-ar putea ascunde în inima fluxului de 5 stele Palomar, relatează NakedScience

Acest lucru este raportat de cercetătorii care au analizat datele cartografierii 3D a galaxiei. Palomar 5 este un șir de stele care se întinde pe 30.000 de ani-lumină, situat la aproximativ 80.000 de ani-lumină de Pământ.

Roiurile globulare, care includ Palomar 5, sunt considerate „fosile” ale Universului timpuriu. De obicei dense și sferice, acestea conțin între 100.000 și un milion de stele antice și oferă informații valoroase despre istoria galaxiilor și a materiei întunecate. Cu toate acestea, Palomar 5 iese în evidență: are o distribuție rară a stelelor și un curent mareic lung care se extinde pe mai mult de 20 de grade ale sferei cerești.

Modelul care a schimbat percepția

Astrofizicianul Marc Gieles de la Universitatea din Barcelona a explicat: „Nu știm cum se formează aceste fluxuri, dar o idee este că sunt roiuri stelare perturbate.” Oamenii de știință au efectuat simulări detaliate cu N corpuri, calculând orbitele și evoluția fiecărei stele. Găurile negre au fost, de asemenea, incluse în simulări, deoarece interacțiunile gravitaționale cu acestea pot „ejecta” stelele din roi. Rezultatul a fost neașteptat. Pentru a obține structura observată astăzi în Palomar 5, sunt necesare mult mai multe găuri negre decât se credea anterior. Potrivit lui Gieles, „numărul de găuri negre este de aproximativ trei ori mai mare decât se aștepta, pe baza numărului de stele din roi, ceea ce înseamnă că peste 20% din masa totală a roiului este reprezentată de găuri negre.” Fiecare dintre aceste găuri negre are o masă de aproximativ 20 de mase solare și a fost formată de explozii de supernove la începutul istoriei roiului.

Soarta roiului stelar și vânătoarea de găuri negre

Modelele sugerează că în aproximativ un miliard de ani, Palomar 5 se va dezintegra complet. Înainte de dispariția sa finală, va rămâne un grup practic „pur” de găuri negre care orbitează centrul galactic. Aceasta înseamnă că o soartă similară ar putea avea și alte roiuri globulare. Astrofizicianul Fabio Antonini de la Universitatea din Cardiff a remarcat: „Se crede că majoritatea fuziunilor de găuri negre binare au loc în roiuri stelare.” Principala problemă este că nu putem vedea direct găurile negre în sine. O nouă metodă ne permite să estimăm numărul lor pe baza stelelor pe care le expulzează. Palomar 5 devine astfel cheia pentru a înțelege unde să căutăm viitoare coliziuni ale găurilor negre și o clasă rară de obiecte cu masă intermediară.

O linguriță de materie neutronică cântărește miliarde de tone. Când două astfel de obiecte ultradense se ciocnesc, nu numai că creează unde gravitaționale puternice, dar lasă și o cicatrice permanentă în structura spațiu-timpului.

Un studiu realizat de o echipă internațională de oameni de știință, publicat în Physical Review Letters, examinează așa-numitul efect de memorie al undelor gravitaționale, relatează . Stelele neutronice se formează în urma exploziei unei supernove. Aceste obiecte compacte, cu un diametru de aproximativ 20 de kilometri și o masă mai mare decât cea a Soarelui, conțin materie comprimată la limită: atomii sunt distruși, iar materialul este format aproape în întregime din neutroni. Când două astfel de stele se apropie una de cealaltă, sistemul începe să emită unde gravitaționale, care au fost deja detectate de detectoarele LIGO și Virgo.

Efectul de memorie: o undă care nu dispare niciodată

De obicei, o undă gravitațională întinde și comprimă spațiul, după care totul revine la starea sa inițială. Totuși, teoria lui Einstein prezice altceva: după ce trece unda, poate rămâne o deplasare mică, dar permanentă. Particulele din detector nu se întorc exact la pozițiile lor inițiale. Această urmă reziduală se numește efect de memorie.

Primele astfel de calcule au fost efectuate de Yakov Zeldovich și Alexander Polnarev în 1974. Ulterior, Demetrios Christodoulou a arătat că neliniaritatea ecuațiilor lui Einstein amplifică acest efect. Cercetările moderne au adăugat noi surse de contribuție - radiația electromagnetică și fluxul de neutrini.

Câmpuri magnetice, neutrini și 50% din semnal

Oamenii de știință de la Universitatea din Illinois, Academia din Atena, Universitatea din Valencia și Universitatea de Stat Montclair au modelat fuziunea stelelor neutronice cu mase, ecuații de stare și configurații ale câmpului magnetic diferite. Aceștia au luat în considerare separat ejecția neutrinilor și a materiei barionice pentru a înțelege contribuția fiecărui factor.

S-a dovedit că câmpurile magnetice, neutrinii și materia ejectată reprezintă 15 până la 50% din memoria gravitațională totală. Mai mult, un câmp magnetic mai puternic nu înseamnă întotdeauna un efect mai mare: în unele cazuri, sistemele magnetizate au demonstrat o memorie netă mai mică. Spre deosebire de găurile negre, stelele neutronice pot acumula memorie mai mult timp după coliziunea principală.

Observarea acestui efect ar fi un test important al relativității generale. Detectarea memoriei ar oferi informații despre masa, structura internă și câmpul magnetic al stelei neutronice. Detectoarele de unde gravitaționale ar putea sonda în mod eficient materia ultradensă, inaccesibilă experimentelor de laborator. Deși acesta este doar un prim pas, oamenii de știință speră că observațiile viitoare vor dezvălui această „cicatrice” în univers.

Conform publicate , astronomii indieni au descoperit 53 de noi quasari radio gigantici.

Aceste obiecte emit jeturi de plasmă cu o lungime de până la 7,2 milioane de ani-lumină - de 68 de ori diametrul galaxiei noastre.

Jeturi de mărimea a zeci de Căi Lactee

Quasarii sunt nuclee galactice active cu găuri negre în centrele lor. Ei ejectează cure de plasmă aproape la viteza luminii. Descoperirea lor a fost posibilă datorită sondajului TGSS, efectuat de telescopul GMRT, care a acoperit aproximativ 90% din cer.

„Dimensiunea acestor jeturi radio este incomparabilă cu galaxia noastră”, spune Souvik Manik, menționând că jeturile au o lungime de „20-50 de ori mai mare decât diametrul Căii Lactee”.

Astronomii au studiat asimetria acestor jeturi. Sushanta K. Mondal a explicat: „Pe de o parte, jetul se poate prăbuși în nori denși, în timp ce pe de altă parte, se extinde liber.” Quasarii îndepărtați prezintă cea mai puternică asimetrie.

Influența asupra Universului

Potrivit lui Sabyasachi Pal, quasarii gigantici ne ajută să înțelegem etapele avansate ale evoluției lor. Lobii lor radio enormi ne permit să sondăm gazul intergalactic fragil pe distanțe vaste.

Oamenii de știință cred că astfel de observații dezvăluie procese din jurul găurilor negre supermasive și ne ajută să înțelegem structura Universului. Lucrarea arată cum influențează quasarii creșterea și moartea galaxiilor.