Skąd się biorą ciasne układy dwóch czarnych dziur?

Zespół astronomów z Uniwersytetu w Amsterdamie i Uniwersytetu w Lejdzie odkryli proces, który może prowadzić do powstawania dwóch czarnych dziur, które krążą wokół siebie i po jakimś czasie łączą się ze sobą. Opracowane przez nich symulacje komputerowe zostały zaakceptowane do publikacji w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Na początku czerwca 2017 roku po raz trzeci poinformowano o zarejestrowaniu fal grawitacyjnych wyemitowanych w procesie łączenia się dwóch czarnych dziur. Astronomowie jednak jak dotąd nie są zgodni co do tego w jakim procesie powstają takie podwójne układy czarnych dziur. Jedna z hipotez mówi, że obie czarne dziury powstają niezależnie od siebie, i z czasem zbliżają się do siebie zaczynając orbitować wokół wspólnego środka masy. Inna hipoteza z kolei mówi, że dwie masywne gwiazdy krążące w układzie podwójnym mogą eksplodować jako supernowe pozostawiając po sobie czarne dziury.

Holenderscy badacze Ed van den Heuvel (UA), Simon Portegies Zwart (UL) oraz Selma de Mink (UA) wykazali teraz, że ta druga hipoteza mówiąca o dwóch masywnych gwiazdach jest dużo bardziej prawdopodobna niż dotychczas uważano.

Ed van den Heuvel, który w 1972 roku był jednym z pierwszych astronomów badających ewolucję ciężkich gwiazd podwójnych, jest pierwszym autorem najnowszego artykułu. Jeżeli nasze obliczenia są prawidłowe, podwójne czarne dziury o łącznej masie 15 do 30 mas Słońca powstają częściej niż oczekiwaliśmy. W naszej własnej galaktyce, w Drodze Mlecznej, według najnowszych obliczeń taka czarna dziura powstaje raz na 100 000 lat. Oczywiście w naszej skali czasowej wydaje się to bardzo rzadkim zjawiskiem, ale wciąż jest to dziesięć razy częściej niż nam się wydawało.

Simon Portegies Zwart, który opracował nowe symulacje na „swoim” superkomputerze o nazwie Little Green Machine, powiedział: Gdy masywniejsza z dwóch gwiazd ulega kolapsowi w czarną dziurę, mamy do czynienia ze stabilną sytuacją, w której druga gwiazda może przetrwać przez bardzo długo zanim zamieni się w drugą czarną dziurę. W międzyczasie pierwsza czarna dziura będzie zasysała sporo materii ze swojego gwiezdnego towarzysza jednocześnie wyrzucając jej sporą część w postaci dżetów. Takie uwolnienie masy powoduje znaczne skurczenie się odległości między oboma składnikami. Dlatego też gdy druga z gwiazd ulega kolapsowi w czarną dziurę powstaje ciasny układ podwójny czarnych dziur, które z czasem połączą się ze sobą.

Van den Heuvel: Dotąd uważano, że układy podwójne prawie zawsze łączą się w jedną dużą gwiazdę, która potem zamienia się w czarną dziurę, a tylko w ekstremalnych przypadkach mogą powstawać podwójne czarne dziury. Teraz udało nam się wykazać, że proces ten nie wymaga jakichś szczególnych warunków.

Źródło: Uniwersytet w Lejdzie