Ekscentryczna Orbita: „Palący Dowód” Kosmicznego Spotkania
Międzynarodowy zespół naukowców rozpoczął rozwikływanie historii kataklizmicznego zderzenia dwóch czarnych dziur, które wydają się zmierzać ku zagładzie po rzadko obserwowanej „spłaszczonej” ścieżce orbitalnej.
Zdarzenie fuzji podwójnego układu czarnych dziur, znane jako GW200208_222617, jest jednym z zaledwie kilku zarejestrowanych przez detektory LIGO i Virgo, które zawierało wyraźne dowody na wykrywalną ekscentryczność orbity – czyli jej bardziej owalny niż kołowy kształt w momencie zbliżania się do siebie czarnych dziur.
Dlaczego Kształt Orbity Ma Znaczenie?
Większość układów podwójnych, które ewoluują wspólnie przez miliardy lat, ma orbity niemal idealnie kołowe. Jeśli orbita jest spłaszczona, czyli ekscentryczna, sugeruje to, że:
- Elementy układu związane zostały stosunkowo niedawno.
- Na orbitę zadziałały zewnętrzne siły grawitacyjne, na przykład ze strony gazu lub trzeciego obiektu kosmicznego.
Jak wyjaśnia dr Isobel Romero-Shaw z Cardiff University: „Pewne wykrycie ekscentryczności ma kluczowe znaczenie dla identyfikacji tego, w jaki sposób formują się układy podwójne czarnych dziur, które obserwujemy za pomocą fal grawitacyjnych.”
Trzy Scenariusze Narodzin
Naukowcy przeprowadzili symulacje trzech najbardziej prawdopodobnych scenariuszy, w których czarne dziury mogą spotkać się i uformować ekscentryczny układ:
- Potrójne układy gwiazd (Field Triples): Środowisko, w którym dwa obiekty oddziałują z trzecim, odległym partnerem grawitacyjnym.
- Gęste gromady gwiazd: Regiony tak zatłoczone, że bliskie spotkania między gwiazdami i czarnymi dziurami są częste, a dynamika grawitacyjna bardzo złożona.
- Aktywne jądra galaktykczne (AGN): Gęste regiony centralne galaktyk, często bogate w gaz, w których czarne dziury mogą ulegać przechwyceniu.
Wnioski: Formowanie Się Poza Izolacją
Badania opublikowane w czasopiśmie Physical Review D wykazały, że najbardziej prawdopodobne jest, iż ekscentryczny układ GW200208_222617 uformował się w potrójnym układzie gwiazd lub w gęstej gromadzie gwiazd. Scenariusz aktywnego jądra galaktycznego został uznany za znacznie mniej prawdopodobny.
Ekscentryczność jest palącym dowodem na to, że układ podwójny nie uformował się w pełnej izolacji. Odkrycie to ma ogromne implikacje dla całej populacji zderzających się czarnych dziur. Jeśli to jedno ekscentryczne zdarzenie jest pewnie wykryte, oznacza to, że duża część innych zaobserwowanych zderzeń również mogła powstać w tym samym, niestandardowym kanale formowania, a nie w procesie spokojnej, samotnej ewolucji.
Naukowcy mają nadzieję, że ich praca przyspieszy rozwój bardziej zaawansowanych modeli fal grawitacyjnych, co pozwoli na pewniejsze detekcje ekscentryczności i potwierdzenie ewolucyjnego pochodzenia tego typu kosmicznych zjawisk.
Źródła informacji:
- Cardiff University: Likely origins of black hole collision with “squashed” orbital path revealed
- Artykuł naukowy: 'GW200208_222617 as an eccentric black-hole binary merger: properties and astrophysical implications’, opublikowany w Physical Review D.
Na ilustracji: Wizja artystyczna zderzenia podwójnego układu czarnych dziur poruszających się po ekscentrycznej (spłaszczonej) orbicie.
Źródło obrazka: Cardiff University / K. S. Isobel Romero-Shaw
Opracowanie: Agnieszka Nowak
