De zwarte gaten vonden elkaar laat in hun leven voordat ze botsten
Een detectie van zwaartekrachtsgolven (geïllustreerd) door de samensmelting van twee zwarte gaten die in verschillende richtingen draaien (groene pijlen) suggereert dat ze op heel verschillende plaatsen zijn geboren. Als dat zo is, is het de eerste keer dat een dergelijke fusie is ontdekt.
Signalen diep begraven in gegevens van observatoria voor zwaartekrachtgolven impliceren een botsing van twee zwarte gaten die duidelijk op verschillende plaatsen zijn geboren.
Bijna alle ruimtetijdrimpelingen die experimenten zoals de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory of LIGO zien, komen van botsingen tussen zwarte gaten en neutronensterren die waarschijnlijk naaste familieleden zijn (SN: 1/21/21). Ze waren ooit paren van sterren die op hetzelfde moment en op dezelfde plaats werden geboren, en uiteindelijk instortten om op oudere leeftijd zwarte gaten of neutronensterren in een baan om de aarde te vormen.
Nu lijkt een nieuw opgemerkt huwelijk van zwarte gaten, gevonden in bestaande gegevens van het in de VS gevestigde LIGO en zijn zusterobservatorium Virgo in Italië, van een niet-verwant paar te zijn. Het bewijs hiervoor komt voort uit: hoe ze draaiden terwijl ze samensmolten tot éénrapporteren onderzoekers in een paper in de pers op Fysieke beoordeling D. Zwarte gaten die op dezelfde plaats zijn geboren, hebben de neiging om hun spins uitgelijnd te hebben, zoals een paar speelgoedtoppen die op een tafel ronddraaien, terwijl ze om elkaar heen draaien. Maar het paar heeft in dit geval geen correlatie tussen hun respectievelijke spins en banen, wat impliceert dat ze op verschillende plaatsen zijn geboren.
“Dit vertelt ons dat we eindelijk een paar zwarte gaten hebben gevonden die afkomstig moeten zijn van het kanaal dat niet samen oud wordt en sterft”, zegt Seth Olsen, een natuurkundige aan de Princeton University.
Eerdere gebeurtenissen die zijn opgedoken in waarnemingen van zwaartekrachtgolven laten zien dat achtergaten samensmelten die niet perfect zijn uitgelijnd, maar de meeste zijn dichtbij genoeg om sterk familiebanden te impliceren. De nieuwe detectie, die Olsen en collega’s ontdekten door gegevens te doorzoeken die de LIGO-Virgo-samenwerking openbaar maakte, is anders. Een van de zwarte gaten draait effectief ondersteboven.
Dat kan niet zomaar gebeuren, tenzij de twee zwarte gaten van verschillende plaatsen komen. Ze ontmoetten elkaar waarschijnlijk laat in hun sterrenleven, in tegenstelling tot de nestgenoten van zwarte gaten die het grootste deel van de waarnemingen van zwaartekrachtgolven lijken te vormen.
Naast de fusie tussen niet-verwante zwarte gaten, identificeerden Olsen en zijn medewerkers negen andere fusies van zwarte gaten die door de eerdere LIGO-Virgo-studies waren geglipt (SN: 8/4/21).
“Dit is eigenlijk het leuke van dit soort analyse”, zegt LIGO-woordvoerder Patrick Brady, een natuurkundige aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee die niet was aangesloten bij de nieuwe studie. “We leveren de gegevens in een formaat dat door andere mensen kan worden gebruikt en dan [they] toegang krijgen om nieuwe technieken uit te proberen.”
Om zoveel nieuwe signalen te verzamelen in gegevens die al door andere onderzoekers waren bekeken, legde de groep van Olsen de analytische lat een beetje lager.
“Van de 10 nieuwe”, zegt Olsen, “zijn er statistisch gezien ongeveer drie die waarschijnlijk afkomstig zijn van ruis”, in plaats van definitieve detectie van samensmelting van zwarte gaten. Ervan uitgaande dat de samensmelting van vreemdelingen van zwarte gaten niet tot de foutieve signalen behoort, vertelt het vrijwel zeker een verhaal over zwarte gatengeschiedenissen die verschillen van de andere die tot nu toe zijn gezien.
“Het zou zijn [extremely] Het is onwaarschijnlijk dat dit afkomstig is van twee zwarte gaten die al hun hele leven bij elkaar zijn”, zegt Olsen. ‘Dit moet een vangst zijn geweest. Dat is cool, want we kunnen eindelijk beginnen met het onderzoeken van die regio van de [black hole] bevolking.”
Brady merkt op dat “we de theorie niet begrijpen” [of black hole mergers] goed genoeg om al dit soort dingen met vertrouwen te kunnen voorspellen.” Maar de recente studie kan wijzen op nieuwe en interessante kansen in de astronomie van zwaartekrachtgolven. “Laten we deze aanwijzing volgen om te zien of het echt iets zeldzaams weerspiegelt”, zegt hij. “Of zo niet, dan leren we andere dingen.”
