_ În abis: Înțelegerea formării găurilor negre prin loviri natale și emisie de neutrini

Un nou studiu în Physical Review Letters explorează condițiile formării găurilor negre din stele muribunde, în special rolul loviturilor natale induse de neutrini în procesul de formare.

Găurile negre sunt unele dintre cele mai misterioase obiecte din univers, cu forțe gravitaționale atât de puternice încât nici măcar lumina nu poate scăpa de ele. De acum, cu dovezile pe care le avem, găurile negre sunt cadavre stelare, adică se nasc atunci când stelele mor.

Cu toate acestea, mecanismele exacte ale formării lor sunt încă un mister. Noul studiu abordează unele dintre aceste mistere, studiind procese precum ejecția de masă stelară și emisia de neutrini, care joacă un rol crucial în formarea găurilor negre.

Phys.org a vorbit cu primul autor, dr. Alejandro Vigna-Gómez, un bursier postdoctoral la Institutul Max Planck pentru Astrofizică din Germania.

Când a fost întrebat despre motivația lui de a studia formarea găurilor negre, el a spus: „În ultimul deceniu, munca mea s-a învârtit în jurul intersecției stelei binare. și fizica supernovei.”

„Interesul meu a crescut în urma descoperirilor recente în astronomia găurilor negre În ultimii ani, mi-am dat seama că găurile negre grele ar putea oferi perspective semnificative asupra proceselor de colaps stelar care au rezultat. în creația lor.”

Când o stea mai mare decât soarele nostru ajunge la sfârșitul vieții sale, aceasta duce la o explozie extrem de strălucitoare și violentă numită explozie de supernovă. Aceste explozii sunt atât de strălucitoare încât pot eclipsa pentru scurt timp luminozitatea unei întregi galaxii și pot elibera un număr mare de neutrini pentru a lăsa în urmă o stea neutronică.

Masa stelară ejectată în timpul exploziei are o viteză de mii de kilometri pe secundă, dar nu este întotdeauna distribuit în mod egal. Această asimetrie duce la asimetrii la scară mare în rămășițele exploziei, care a fost observată pentru stelele neutronice.

Această masă asimetrică ejectată provoacă un recul către stea neutronică numită lovitură natală, care o determină se deplasează cu viteză mare în întreaga galaxie. Loviturile natale au fost observate anterior pentru stelele neutronice, dar nu pentru găurile negre.

Găurile negre se formează atunci când, în loc de o explozie, o stea pe moarte se prăbușește pe ea însăși. Așadar, ajungem la întrebarea pusă de cercetători: Ar putea loviturile natale să joace și un rol în formarea găurilor negre?

„În ultimii ani, în galaxia noastră au fost descoperite mai multe găuri negre binare și împrejurimile sale sunt de obicei detectate prin emisie de raze X, dar doar câteva au fost detectate prin spectroscopie cu o singură linie [o metodă diferită] ca binare silențioase cu raze X”, a spus dr. Vigna-Gómez.

Aceste sisteme binare nu emit cantități semnificative de raze X, ceea ce poate indica etapele evoluției stelelor în sistemul binar.

Cercetătorii au ales galaxia VFTS 243 pentru studiul lor. deoarece găzduiește una dintre cele mai masive găuri negre dintre aceste binare.

Sistemul binar constă dintr-o gaură neagră și o stea masivă. Cercetătorii au vrut să studieze condițiile în care s-a format gaura neagră, cum ar fi masa stelară pierdută și loviturile natale asociate cu formarea ei.

Cercetătorii se bazau pe observațiile recente ale stelelor care dispar, care sunt stele care a murit și a devenit găuri negre fără explozie. În plus, aceste binare de găuri negre cu masă stelară (acesta este termenul oficial) sunt inerte, ceea ce înseamnă că există o interacțiune redusă între stea și gaura neagră după formarea găurii negre.

Cercetătorii au folosit un semianalitic. abordare pentru a calcula probabilitatea ca o lovitură natală în timpul formării găurii negre să conducă la configurația observată a sistemului.

Pentru a analiza formarea sistemului, cercetătorii au folosit diverse constrângeri precum perioada orbitală, excentricitatea și viteza radială sistemică a sistemului. În plus, au efectuat estimări pentru asimetriile neutrinilor pe termen lung în timpul formării găurii negre (presupunând că s-a întâmplat din cauza unui colaps complet și nu a unei explozii).

Dr. Vigna-Gómez a rezumat descoperirile, spunând: „Găsăm că gaura neagră a VFTS 243 s-a format fără explozie și a avut o lovitură natală scăzută de neutrini, dacă este cazul. Acest lucru sugerează că neutrinii au fost emiși aproape în mod egal în toate direcțiile atunci când progenitorul masiv s-a prăbușit. într-o gaură neagră.”

Pentru VFTS 243, cercetătorii au limitat viteza natală a loviturii să fie mai mică sau egală cu aproximativ 10 kilometri pe secundă. Ei au descoperit că scenariul cel mai probabil este că aproximativ 0,3 mase solare au fost ejectate, probabil în neutrini, iar gaura neagră a experimentat o lovitură natală de aproximativ 4 kilometri pe secundă.

Aceste descoperiri au implicații pentru formarea de alte găuri negre, sugerând că unele se pot forma prin prăbușire completă, fără explozie.

În plus, emisia de neutrini pe termen lung este de preferință simetrică sferic (egale în toate direcțiile), ceea ce explică lipsa unei găuri puternice. lovitură natală în sistemul binar.

Dr. Vigna-Gómez a adăugat: „Se pare că intuiția teoretică pe care am construit-o pe găurile negre care aveau lovituri natale reduse în raport cu stelele neutronice a fost corectă.”

„Această analiză arată că VFTS 243 poate fi folosit ca un Sistemul de referință pentru simularea supernovelor cu colaps al miezului, adică simulările stelelor care se prăbușesc în găuri negre care au aproximativ zece mase solare ar trebui să se alinieze cu micile asimetrii de neutrini și cu loviturile natale pe care le-am dedus pentru VFTS 243."

© 2024 Science X Network

(Fluierul)