W niedawnym badaniu opublikowanym w Listy astronomiczne i astrofizyczne, zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) wykorzystał różne modele komputerowe do zbadania 69 potwierdzonych układów podwójnych czarnych dziur, aby pomóc określić ich pochodzenie, i stwierdził, że ich wyniki danych uległy zmianie w zależności od konfiguracji modelu. Zasadniczo dane wejściowe konsekwentnie zmieniały wyniki, a naukowcy chcą lepiej zrozumieć, jak i dlaczego tak się dzieje, oraz jakie kroki można podjąć, aby uzyskać bardziej spójne wyniki.

„Kiedy zmienisz model i uczynisz go bardziej elastycznym lub przyjmiesz inne założenia, otrzymasz inną odpowiedź na temat tego, jak czarne dziury powstały we wszechświecie”, Sylvia Biscoveanu, absolwentka MIT pracująca w laboratorium LIGO i współautorka badanie – czytamy w oświadczeniu. „Pokazujemy, że ludzie muszą uważać, ponieważ nie jesteśmy jeszcze na etapie z naszymi danymi, na którym możemy wierzyć w to, co mówi nam model”.

Podobnie jak gwiazdy podwójne, podwójne czarne dziury to dwa masywne obiekty krążące wokół siebie, przy czym oba mają zdolność potencjalnego zderzenia – lub łączenia się – razem, a inną wspólną cechą jest to, że czarne dziury czasami rodzą się z zapadania się umierających masywnych gwiazd, znanych również jako supernowa. Jednak to, jak powstały układy podwójne czarnych dziur, pozostaje tajemnicą, ponieważ obecnie istnieją dwie hipotezy dotyczące ich powstawania: „polowa ewolucja układów podwójnych” i „montaż dynamiczny”.

Warto przeczytać!  Ryzyko raka: „Zmiana nawyków jelitowych i niezagojony ból nigdy nie powinny być pozostawione bez zbadania”

Usuń wszystkie reklamy z Universe Today

Dołącz do naszego Patreona za jedyne 3 USD!

Korzystaj do końca życia bez reklam

Polewa ewolucja układów podwójnych polega na tym, że para gwiazd podwójnych eksploduje, w wyniku czego w ich miejscu powstają dwie czarne dziury, które nadal krążą wokół siebie tak samo jak poprzednio. Ponieważ początkowo krążyły one wokół siebie jako gwiazdy podwójne, uważa się, że ich obroty i nachylenia również powinny być wyrównane. Naukowcy wysuwają również hipotezę, że ich wyrównane spiny wskazują, że pochodzą z dysku galaktycznego, biorąc pod uwagę jego stosunkowo spokojne środowisko.

Dynamiczny montaż polega na tym, że dwie pojedyncze czarne dziury, każda z własnym unikalnym nachyleniem i obrotem, są ostatecznie łączone w ekstremalnych procesach astrofizycznych, tworząc własny układ podwójny czarnych dziur. Obecnie przyjmuje się hipotezę, że takie parowanie mogłoby mieć miejsce w gęstym środowisku, takim jak gromada kulista, gdzie tysiące gwiazd w bliskiej odległości mogłoby zmusić dwie czarne dziury do połączenia.

Prawdziwe pytanie brzmi: jaka część podwójnych czarnych dziur pochodzi z każdej odpowiedniej metody? Astronomowie uważają, że odpowiedź leży w danych, a konkretnie w pomiarach spinu czarnej dziury. Wykorzystując 69 potwierdzonych układów podwójnych czarnych dziur, astronomowie ustalili, skąd te masywne obiekty mogą pochodzić obydwa gromady kuliste i dyski galaktyczne. Laboratorium LIGO w Stanach Zjednoczonych współpracowało ze swoim włoskim odpowiednikiem, firmą Virgo, w celu ustalenia spinów (okresów rotacji) 69 potwierdzonych układów podwójnych czarnych dziur.

„Ale chcieliśmy wiedzieć, czy mamy wystarczająco dużo danych, aby dokonać tego rozróżnienia?” powiedział Biscoveanu. „I okazuje się, że sprawy są chaotyczne i niepewne, i jest to trudniejsze, niż się wydaje”.

Na potrzeby badania naukowcy nieustannie poprawiali serię modeli komputerowych, aby upewnić się, czy ich wyniki zgadzają się z przewidywaniami każdego modelu. Jeden taki model został skonfigurowany tak, aby zakładał, że tylko część podwójnych czarnych dziur została wyprodukowana z wyrównanymi spinami, podczas gdy reszta ma losowe spiny. Inny model został skonfigurowany do przewidywania umiarkowanie kontrastowej orientacji spinu. Ostatecznie ich odkrycia wykazały, że wyniki konsekwentnie zmieniały się zgodnie z ulepszonymi modelami. Zasadniczo wyniki były konsekwentnie zmieniane w oparciu o poprawki modelu, co oznacza, że ​​prawdopodobnie potrzeba więcej danych niż 69 potwierdzonych podwójnych czarnych dziur, aby uzyskać bardziej spójne wyniki.

„Nasz artykuł pokazuje, że twój wynik zależy całkowicie od tego, jak modelujesz swoją astrofizykę, a nie od samych danych” – powiedział Biscoveanu.

„Potrzebujemy więcej danych, niż myśleliśmy, jeśli chcemy postawić tezę niezależną od przyjętych założeń astrofizycznych” — powiedział dr Salvatore Vitale, profesor fizyki, członek Kavli Institute of Astrophysics and Space Research w MIT i główny autor badania.

Ale o ile więcej danych będą potrzebować astronomowie? Dr Vitale szacuje, że sieć LIGO będzie w stanie wykryć jedną nową podwójną czarną dziurę co kilka dni, gdy sieć wróci do pracy na początku 2023 roku.

„Pomiary spinów, które mamy teraz, są bardzo niepewne” – powiedział dr Vitale. „Ale gdy zbudujemy ich wiele, możemy uzyskać lepsze informacje. Wtedy możemy powiedzieć, bez względu na szczegóły mojego modelu, dane zawsze opowiadają mi tę samą historię — historię, w którą moglibyśmy wtedy uwierzyć”.

Jak zawsze, kontynuuj naukę i patrz w górę!