Astronomija

Kako lahko supernova vpliva na črno luknjo v binarnem sistemu?

Kako lahko supernova vpliva na črno luknjo v binarnem sistemu?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Recimo, da v sistemu binarnih zvezd obstaja umirajoča zvezda in spremljevalna črna luknja, ko krožita drug okoli drugega. Moje vprašanje je, kaj se bo morda zgodilo s črno luknjo, če bo partner postal supernova? Razumem, da kinetična energija supernove ne more uničiti črne luknje.


Verjeten rezultat bi bil bodisi binarni sistem črna luknja-črna luknja; binarni sistem nevtronske zvezde-črne luknje ali črna luknja in kompaktni ostanek od druge eksplozije supernove bi šli narazen pri razmeroma visokih hitrostih.

Na ta način ne morete motiti črne luknje. Pravzaprav se bo vse, kar se bo zgodilo s prvotno črno luknjo, to, da bo verjetno postalo nekoliko bolj masivno zaradi kopičenja nekaterih izmetov supernove.


Zvezdica spremljevalka Black Hole Flings Star z 2.000.000 kilometri na uro!

Življenje v bližini črne luknje je ... neprijetno. Še posebej, če ste zvezda in še posebej če ste nagnjeni k gibalni bolezni. Primer: Nedavno so odkrili črno luknjo, ki ima neverjetno krožno zvezdo dva milijona kilometrov na uro (1,2 milijona mph). Čeprav je zvezda od črne luknje oddaljena približno milijon kilometrov (600.000 milj) - nekaj več kot dvakrat večja od oddaljenosti Zemlje do Lune - vpije okoli svoje orbite v samo 2,4 urah.

Že samo razmišljanje o tem me zažene.

A vseeno je precej razburljivo in prav to malo znanja nam veliko pove o sistemu. In ima kar nekaj zgodovine.

Prvič, ta rekordni par je oddaljen vsaj 1000 svetlobnih let - natančno razdaljo je precej težko določiti in bi lahko bila tudi več kot 20-krat dlje od te - leta 2010 pa sta jo hkrati odkrila NASA Swift in japonski MAXI sateliti (zato je sistem poimenovan MAXI J1659−152 po satelitu in koordinatah sistema na nebu).

Črne luknje lahko oddajajo močno svetleče rentgenske žarke, ko žvrkljajo snov navzdol: material se izjemno segreje in ga smešno smeta močna magnetna polja okoli črne luknje in v samem materialu. Lahko doseže temperature milijonov stopinj in razstreli rentgenske žarke, ki so vidni z Zemlje. V tem primeru se snov odvaja s spremljevalne zvezde, ki pade v disk okoli črne luknje, preden začne zadnji potop. To je disk, ki je tako vroč in svetel.

Evropski rentgenski observatorij XMM-Newton je v duo gledal več kot 14 ur in potrdil tisto, kar je Swift prvič videl: zelo reden potop v svetlobo vsake 2,4 ure. Z Zemlje vidimo, da se sistem vrti blizu roba, in ko zvezda in črna luknja krožita drug okoli drugega, majhna nepravilnost na disku verjetno blokira rentgenske žarke in povzroči potop. Tako so astronomi določili orbitalno obdobje. Ta video iz ESA bi moral pomagati:

Stvar je v tem, da nikakor ni mogoče, da bi spremljevalna zvezda - rdeči pritlikavec približno 1/4 mase Sonca - lahko nastala tako blizu črne luknje. Torej, kako je prišel tja?

Evo, kako se je vse to lahko zgodilo. Ugibam z nekaj od tega, zato sem dokaj opozorjen, bodite, pravi jaz, vendar temelji na proučevanju supernov in poznavanju tega, kako se razvijajo takšni sistemi. Lektor za opozorilo.

Že dolgo nazaj, morda pred milijardami let, se je rodila binarna zvezda. Ena je bila skromna zvezda, rdeča / oranžna in hladna, nekoliko manj masivna od Sonca. Druga je bila pošast, masivna modra vroča glava, verjetno 20-krat večja od mase Sonca. Ločili so jih precej poti, desetine ali stotine milijonov kilometrov.

Modra zvezda je svoje gorivo dokaj hitro pojedla. Ko je bilo staro le nekaj milijonov let, je že umiralo. Nabreknil je v rdeč nadvelikan, ki se je tako močno razširil, da če bi z njim zamenjali Sonce, bi se površina zvezde raztezala tudi mimo Marsove orbite! V tem trenutku bi rdeči supergigant pihal super-sončni veter in odvajal svoje zunanje plasti.

Kljub temu se je zvezda napihnila tako neizmerno, da je povsem mogoče, da se je spremljevalec pritlikavih zvezd dobesedno znašel v ozračju rdečega supergigana. Morda mislite, da bi se to hitro ustavilo, toda v resnici je prostor velik in rdeče nadgromne atmosfere šepetajo tanke. Toda - čeprav bi trajalo dolgo - sčasoma trenja bi zmaga in palček bi se počasi zavijal proti jedru zvezde.

Potem pa katastrofa. Jedru supergigana je zmanjkalo goriva in se je sesulo. To bi sprožilo verižno reakcijo, ki se konča s supernovo, eno najmočnejših eksplozij v vesolju. Zunanje plasti zvezde so v eksploziji raztrgane, jedro pa se je sesulo v črno luknjo.

V tem trenutku je bila manjša zvezda veliko bližje jedru zvezde in je utrpela največji udarec. Morda je sam izgubil maso, ko je mimo nje pihala besna supernova, vendar bi preživela in zaradi fizične muhe ne bi bila izvržena, razen če bi primarna zvezda v primeru supernove izgubila nekaj več kot polovico mase . Ker tam še vedno vidimo zvezdo, vemo, da se to ni zgodilo. To pomeni, da je manjša zvezda ostala vezana, zdaj na eliptični orbiti, ki se je potopila blizu novonastale črne luknje.

Sčasoma bi gravitacija iz črne luknje prisilila orbito, da postane krožna. Če bi bila zvezda dovolj blizu, bi gravitacija črne luknje lahko odstranila material z zunanjega dela zvezde, tvorila svetel, vroč disk ... in nas pustila tam, kjer smo zdaj.

Pomembno je veliko podrobnosti o zgodovini sistema. Kako masivna je bila manjša zvezda za začetek? To bi pomagalo določiti starost sistema. Kako blizu se je približal jedru večje zvezde, preden je slednja eksplodirala? Koliko mase je izgubila? Nismo niti prepričani v maso črne luknje, čeprav je verjetno med 3 in 20-kratno maso Sonca - precej običajna masa zvezdne črne luknje. Veliko tega, kar vidimo v sistemu, je zdaj odvisno od tega, kakšni sta bili zvezdi prvotno, in te informacije se lahko za vedno izgubijo.

Kaj pa prihodnost? MAXI J1659−152 je bil odkrit, ker je imel izbruh, nenaden vžig svetilnosti. Mogoče je, da manjša zvezda doživlja nekaj paroksizmov, ko napaja material črne luknje. Sčasoma bo izgubil več mase zaradi črne luknje in se počasi spiral proti njej. Neizogibno bo prišel dan, ko ga bodo močne plime močnejšega gospodarja raztrgale. Ko se bo to zgodilo, bo to, kar zdaj počne, videti povsem šibko v primerjavi s tem. Videli smo, kaj se zgodi, ko črna luknja raztrga zvezdo (s nadaljevanji tu in tukaj) in je to precej dramatičen dogodek. In s tem mislim res, res, res dramatično. Preberite tiste objave, ki jih tukaj ne bom pokvaril. Ampak sveti fant. Konec koncev, cela zvezda se raztrga s črno luknjo.

Moram reči: Če pogledam to, kar sem pravkar napisal, in ob predpostavki, da sem v igrišču, v tej binarni datoteki ni niti ene stvari, ki ni čudna in neverjetno kul. Resno je vsak korak le neverjeten, vse do ideje, da bi lahko črna luknja metala celo zvezdo s hitrostmi stotine krat hitreje kot puškina krogla.

In vendar smo se slučajno le nataknili nanj, ker je pred nekaj leti našo pozornost pritegnil nebesni kolcanje. Kot vedno se moram vprašati: Kaj za vraga drugače tam zunaj samo čaka, da ga najdejo?


Pošastna, superhitra črna luknja nam lahko pove, kako mrtve zvezde prehajajo v take zveri

Kaj se zgodi, ko je črna luknja hitrejša in bolj množična, kot si je kdo lahko predstavljal?

Črna luknja v binarnem zvezdnem sistemu Cygnus X-1 je bila prva odkrita črna luknja. Zdaj je bilo ugotovljeno, da je najhitrejši v vesolju in 50% masivnejši, kot so mislili prej. Zaradi tega je ta pošast resnično zmedena, saj naj bi res svetle zvezde izgubile veliko mase pred smrtjo in zombifikacijo kot črne luknje. Ugotovitev, zakaj je tako ogromna, a se kljub temu vrti kot hudič, lahko pomaga znanstvenikom, da znova premislijo o razvoju masivnih zvezd, ki sčasoma svojo usodo srečajo kot črne luknje.

Več črnih lukenj

Astronom James Miller-Jones iz ICRAR (Mednarodni center za raziskave radijske astronomije) na univerzi Curtin je ugotovil, da se črna luknja Cygnusa X-1 ni zmanjšala skoraj toliko, kot je bilo pričakovano. Skoraj se zdi, kot da se ta zver zlobno smeji ob teorijah o nastanku črne luknje.

"Najbolj problematična je masa črne luknje," je Miller-Jones, ki je pred kratkim objavil študijo Znanost, je povedal SYFY WIRE. "Naši najboljši teoretični modeli trenutno kažejo, da bi morala v okolju Rimske ceste masa, ki so jo zvezde izgubile zaradi svojih zvezdnih vetrov v nekaj milijonih let življenja, omejiti maso črnih lukenj, ki jih ustvarijo, na približno 15-krat maso Sonca. "

Sevanje je za zvezdnimi vetrovi, ki odvajajo delce čez vroče zvezde in v vesolje (tako se naša električna infrastruktura občasno zmoti zaradi tega sevanja, ko se zgodi sončna nevihta ali izmet koronalne mase). Ti vetrovi lahko s seboj odnesejo veliko več zvezdne mase, če je pri resnično visoki energijski ravni visok sevalni tlak, kar pojasnjuje, zakaj lahko najsvetlejše zvezde izgubijo tudi največ mase. Toliko svetilnosti pomeni, da se porabi več energije. Izguba mase lahko celo spremeni način razvijanja zvezd. Ampak počakaj.

Tu postane čudno. Če naj bi črne luknje dosegle svojo končno maso, ko bodo okoli 15 sončnih mas, kako bi potem lahko tista v Cygnusu X-1 presegla in presegla to? Steller vetrov ni ravno enostavno izmeriti, kar skrivnost le še poglablja. Tam lahko obstajajo tudi črne luknje, ki so še bolj masivne, vendar še vedno nastajajo v okolju, podobnem okolju naše galaksije, kjer je velika koncentracija težkih elementov, ki so ostanki zvezdnih trupel.

Ozvezdje Cygnus, kjer se skriva sistem Cygnus X-1 (zgoraj). Zasluge: NASA

"Ker ta črna luknja obstaja, mora obstajati način, da se oblikuje," je dejal Miller-Jones. "Menimo, da moramo ponovno umeriti svoje modele glede tega, kako zvezde izgubljajo maso v vetru, s čimer zmanjšamo stopnje izgube mase v določenih fazah življenja zvezde. Prav tako moramo najti več črnih lukenj v naši galaksiji Rimske ceste, da poskusimo razumeti, kakšna je dejansko največja masa črne luknje, da bomo lahko natančneje umerjali svoje modele. "

Ker sta Miller-Jones in njegova ekipa lahko ugotovila približno maso črne luknje in njeno oddaljenost od Zemlje, sta potem lahko dobila idejo, kako hudičevo hitro se vrti. Ko se črna luknja vrti, se vleče po vesolju-času, ki vleče tudi orbito delce, ki postanejo nestabilni. Na koncu jih povlečejo v plinasti akrecijski disk črne luknje in krožijo vedno bližje, dokler končno ne prestopijo obzorja dogodkov - točke brez vrnitve. Hitrejša je hitrost, bližji so delci, hitreje izginejo v pozabo.

Čim dlje v akrecijsko ploščo greš, bolj vroča je. Zaradi dovolj toplote nastajajo rentgenski žarki, katerih svetlost lahko oddaja temperaturo. Ta temperatura astronomom pove hitrost črne luknje. Izkazalo se je, da črna luknja v Cygnusu X-1 ni preveč obsežna, da bi se vrtela le ob robu svetlobne hitrosti.

»S to temperaturo torej, če poznamo razdaljo in maso črne luknje, ki smo jo izmerili v naši študiji. lahko ugotovimo, kako blizu je plin, ki oddaja rentgenske žarke, črni luknji in kako hitro se mora črna luknja vrteti, «je dejal Miller-Jones.

Čudno pri tej črni luknji je tudi to, da verjetno ni nastala v supernovi. Domneva se, da je bil demonski ostanek zvezdnega ostanka, ki se je sesedel neposredno v črno luknjo, potem ko so vetrovi odnesli večino mase. Ker je masa črne luknje odvisna od mase zvezde, ki je bila nekoč, lahko njena preračunana masa, hitrost in razdalja pomagajo znanstvenikom, da ponovno razmislijo o razvoju masivnih zvezd, ki sčasoma svojo smrt pogubijo kot črne luknje.

To je stvar črnih lukenj. Ko mislite, da je ena skrivnost razrešena, se le vedno bolj pojavlja.


Pripadnosti

Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, E-38200, Tenerife, Španija

G. Israelian, R. Rebolo, J. Casares in amp E. L. Martín

Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Španija

Oddelek za astronomijo, Univerza v Kaliforniji, Berkeley, 94720, Kalifornija, ZDA

Tega avtorja lahko poiščete tudi v storitvi PubMed Google Scholar

Tega avtorja lahko poiščete tudi v storitvi PubMed Google Scholar

Tega avtorja lahko poiščete tudi v storitvi PubMed Google Scholar

Tega avtorja lahko poiščete tudi v storitvi PubMed Google Scholar

Tega avtorja lahko poiščete tudi v storitvi PubMed Google Scholar

Ustrezni avtor


Kako lahko supernova vpliva na črno luknjo v binarnem sistemu? - astronomija




Supernova namiguje na določitev starosti binarnosti
NASA SPOROČILO ZA MEDIJE
Objavljeno: 9. decembra 2013

Podatki NASA-jevega rentgenskega observatorija Chandra so razkrili rahle ostanke eksplozije supernove in raziskovalcem pomagali ugotoviti, da je Circinus X-1 - rentgenski binarni sistem - najmlajši od tega razreda astronomskih predmetov do zdaj.


Slika Circinus X-1, rentgenskega binarnega zvezdnega sistema, posnet s strani rentgenskega observatorija Chandra. Prispevek slike: NASA

Kot že ime pove, so rentgenski dvojniki zvezdni sistem, sestavljen iz dveh delov: kompaktnega zvezdnega ostanka - bodisi nevtronske zvezde bodisi črne luknje in spremljevalne zvezde - običajne zvezde, kot je naše sonce. Ko krožijo med seboj, nevtronska zvezda ali črna luknja potegne plin iz spremljevalne zvezde. To plin segreje na milijone stopinj, kar povzroči intenzivno rentgensko sevanje in te zvezdne sisteme naredi med najsvetlejšimi rentgenskimi viri na nebu.

Sebastian Heinz in njegova ekipa z univerze Wisconsin-Madison (UW) sta odkrila, da je Circinus X-1 star manj kot 4600 let, kar je najmlajši binarni sistem z rentgenskimi žarki, kar jih je kdaj koli videl. To odkritje, odkrito vzporedno z radijskim teleskopom v Avstraliji, daje znanstvenikom edinstven vpogled v nastanek nevtronskih zvezd in supernov ter učinek eksplozije supernove na bližnjo zvezdo spremljevalca.

"Rentgenske dvostranske datoteke nam omogočajo, da preučujemo snov v ekstremnih pogojih, ki jih v laboratoriju ne bi bilo mogoče poustvariti," je dejal Heinz. "Prvič lahko preučimo novo kovano nevtronsko zvezdo v rentgenskem binarnem sistemu."

Astronomi so zaznali na stotine rentgenskih binarnih datotek po celotni Mlečni cesti in drugih bližnjih galaksijah. Vendar pa ti starejši rentgenski binarni dokumenti s starostjo, ki se običajno meri v milijonih let, razkrijejo le informacije o tem, kaj se zgodi veliko kasneje v evoluciji teh sistemov.

"Bistveno je, da vidimo, kaj te rentgenske binarne datoteke počnejo v vseh življenjskih obdobjih," je dejal soavtor Paul Sell, prav tako iz UW. "Circinus X-1 nam prikazuje, kaj se zgodi v kozmičnem utripu, ko se rodi eden od teh predmetov."

Da bi ugotovili starost Circinusa X-1, je ekipa astronomov morala preučiti material okoli zvezda, ki krožijo okoli para. Vendar pa je izjemna svetlost nevtronske zvezde raziskovalcem preveč otežila opazovanje tega medzvezdnega plina. Skupina je pred kratkim prišla do premora, ko je nevtronsko zvezdo opazila v zelo šibkem stanju - dovolj zatemnjeni, da so znanstveniki zaznali rentgenske žarke udarnega vala supernove, ki je plul skozi okoliški medzvezdni plin.

"Ker je supernovo sprožil nastanek nevtronske zvezde, naša omejitev starosti ostanka supernove omejuje tudi starost nevtronske zvezde v Circinusu X-1," je dejal soavtor Robert Fender z Univerze v Oxfordu leta Združeno Kraljestvo

Mladost Circinusa X-1 pomaga razložiti njene divje nihanje v svetlosti in zelo nenavadno orbito dveh zvezd, ki so astronomi že leta zmedle. Orbita je zelo ekscentrična - nekrožna - in obdobje, v katerem dve zvezdi krožita med seboj, se vsako leto zmanjša za nekaj minut. Ravno to se pričakuje od mlade rentgenske binarne datoteke, ki jo je motila eksplozija supernove, preden je gravitacijski vlek zvezd drug na drugega imel čas, da kroži in stabilizira orbito.

Prejšnja opazovanja z drugimi teleskopi so pokazala, da je magnetno polje nevtronske zvezde v Circinusu X-1 šibko. To je poleg mladosti zvezdnega sistema pripeljalo do dveh možnih teorij: ali se lahko nevtronska zvezda rodi s šibkim magnetnim poljem ali pa se hitro razmagneti, ko material iz svoje spremljevalne zvezde potegne nase. Iz obstoječih teorij o razvoju nevtronskih zvezd ni bilo pričakovati nobenega zaključka.

V naši galaksiji je edini uveljavljeni rentgenski binarni material znotraj ostanka supernove SS 433, star od 10.000 do 100.000 let, in se v mnogih pogledih obnaša kot starejša različica Circinus X-1. Dva druga kandidata za rentgenske žarnice v bližnjih galaksijah sta podobna starosti SS 433.

Poleg podatkov Chandre so bila pri teh ugotovitvah kritična tudi radijska opazovanja iz avstralskega teleskopa Compact Array. Članek, ki opisuje te rezultate, je na voljo na spletu in je objavljen v izdaji The Astrophysical Journal 3. decembra.

NASA-jev vesoljski letalski center Marshall v mestu Huntsville v državi Alabama vodi program Chandra za NASA-in direktorat za znanstveno misijo v Washingtonu. Astrofizični observatorij Smithsonian v Cambridgeu, Massachusetts, nadzoruje Chandrino znanost in letalske operacije.


Prevarantske supernove so verjetno vrgle v vesolje s fračami črne luknje

Ta posnetek vesoljskega teleskopa Hubble prikazuje eliptično galaksijo s temnimi, prašnimi prašnimi pasovi, podpis nedavne združitve galaksij. Supernova je bila odkrita daleč od te galaksije, kar je posledica združitve, ki je povzročila binarno črno luknjo. Zasluge: NASA, ESA in Ryan Foley

Prevarantske supernove, ki v globokem vesolju eksplodirajo same, predstavljajo astronomsko skrivnost. Od kod so prišli? Kako so prišli tja? Verjeten odgovor: binarna frača za črno luknjo, kaže nova raziskava Ryana Foleyja, profesorja astronomije in fizike na Univerzi v Illinoisu.

Na podlagi podatkov NASA-jevega vesoljskega teleskopa Hubble in drugih teleskopov je Foley izsledil 13 zvezd z visoko hitrostjo, ki eksplodirajo, do galaksij, iz katerih so prišli, da bi našel posebno kombinacijo dogodkov, ki so privedli do osamljene smrti zvezd. Njegove ugotovitve so objavljene v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society.

Foley se je lotil uganke redke, čudne vrste supernove, najdene daleč od galaksij ali zvezdnih kopic. Supernove so znane kot bogate s kalcijem, ker proizvajajo nenavadno veliko kalcija.

"Če pogledamo naokrog, kjer so eksplodirale supernove, tam ni ničesar - ni sledi nastanka zvezd, ni kopic starih zvezd, v bližini ni ničesar," je dejal Foley. "Tako sem vedel, da se te stvari začnejo nekje drugje in se premikajo na velike razdalje, preden umrejo."

Ob pregledu lokacij in kinematike supernov je lahko ugotovil, da so zvezde, ki so eksplodirale, bile izstreljene iz svojih galaksij z zelo veliko hitrostjo, milijone let preden so eksplodirale.

Da bi razumel, kako so se supernove tako daleč od svojih galaksij - do pol milijona svetlobnih let -, ki so se premikale s tako velikimi hitrostmi, je pogledal galaksije, ki so ustvarile zvezde, preden so jih izvrgle.

"Karkoli je zvezdni sistem postavilo v stanje, kjer bo kmalu eksplodiralo, je povezano s središčem galaksije, iz katere je prišel," je dejal Foley.

Najprej je opazil, da so številne galaksije sestavljene samo iz starih zvezd, kar pomeni, da morajo supernove, bogate s kalcijem, prihajati iz populacije starejših zvezd, kot so beli palčki. Večina zvezd postane bel pritlikavec, potem ko preneha proizvajati novo energijo.

Te slike vesoljskega teleskopa Hubble prikazujejo eliptične galaksije s temnimi, prašnimi prašnimi stezami, podpis nedavne združitve galaksij. Prah je edina relikvija manjše galaksije, ki jo je zaužila večja eliptična galaksija. "X" na slikah označuje lokacijo eksplozij supernove, ki so povezane z galaksijami. Vsako supernovo je gravitacijsko izstrelilo iz svoje gostiteljske galaksije par osrednjih supermasivnih črnih lukenj. SN 2000ds (levo) je od svoje galaksije oddaljen najmanj 12.000 svetlobnih let, NGC 2768 SN 2005cz (desno) je od svoje galaksije oddaljen najmanj 7000 svetlobnih let, NGC 4589. NGC 2768 leži 75 milijonov svetlobnih let od Zemlje in NGC 4589 je oddaljen 108 milijonov svetlobnih let. Supernove so del popisa 13 supernov, da bi ugotovili, zakaj so detonirali zunaj prijetnih meja galaksij. Študija temelji na arhiviranih slikah več teleskopov, med njimi tudi Hubbla. Obe galaksiji je opazoval Hubblov napredni fotoaparat za ankete. Slika NGC 4589 je bila posneta 11. novembra 2006, slika NGC 2768 pa 31. maja 2002. Zasluge: NASA, ESA in R. Foley (Univerza v Illinoisu)

Da bi povzročil eksplozije, mora beli škrat izpuščati maso iz spremljevalne zvezde. V tem primeru sta dve zvezdici v binarnem sistemu, kjer par kroži drug drugega, dokler plimske sile ne raztrgajo ene druge. Ta material se odvrže na drugo zvezdo, kar povzroči eksplozijo. V galaksijah je bilo najdenih na tisoče takšnih supernov, toda kako so se ti nenavadni primeri znašli na samostojnih poletih s hiper hitrostjo skozi vesolje?

Foley je nato podrobneje pogledal, da so vse galaksije, ki so ustvarile pobegle supernove, pokazale znake združitve - dve galaksiji sta trčili in se prerazporedili v eno veliko galaksijo. Takrat so vsi koščki sestavljanke padli skupaj za Foleyja.

"Hitrosti so bile neverjetne, približno 4,5 milijona milj na uro," je dejal Foley. "Obstaja samo en način, da se binarni zvezdni sistem tako hitro premika: frača iz neposrednega preleta binarne supermasivne črne luknje. Kako dobite binarno supermasivno črno luknjo? Združite dve galaksiji."

Ko se galaksiji združita, njuni črni luknji tvorita binarni sistem, ki moti skrbno orkestrirano koreografijo obeh galaksij. Pri naključnem premešanju se včasih binarni beli pritlikav sistem sreča z binarno črno luknjo.

Ta ilustracija ponuja verjeten scenarij, kako so vagabundske zvezde eksplodirale kot supernove zunaj prijetnih meja galaksij. 1) Par črnih lukenj se združi med združitvijo galaksij in s seboj povleče do milijon zvezd. 2) Sistem z dvojno zvezdico se sprehaja preblizu dveh črnih lukenj. 3) Črne luknje nato gravitacijsko katapultirajo zvezde iz galaksije. Hkrati se zvezde zbližajo. 4) Po izgonu iz galaksije se binarne zvezde še bolj približajo, saj se orbitalna energija odnese iz dua v obliki gravitacijskih valov. 5) Sčasoma se zvezde približajo dovolj, da plimske sile raztrgajo eno od njih. 6) Ko se material iz mrtve zvezde hitro odvrže na preživelo zvezdo, se pojavi supernova. Zasluge: NASA, ESA in P. Jeffries in A. Feild (STScI)

"Imate dva plesna partnerja, naredijo si-do, en par pa se odvrne," je dejal Foley. "Beli škrat in njegov partner se vržeta ven kot iz frače in po približno 50 milijonih letih potovanja z veliko hitrostjo eksplodirata sredi ničesar. To je zapletena veriga dogodkov, vendar se izkaže, da je v resnici zelo logična pot do tega čudnega pojava hipervelike supernove. "

Foley upa, da se bodo v prihodnosti te vrste supernov lahko uporabljale za iskanje binarnih supermasivnih sistemov črnih lukenj, ki so sami po sebi redki in zanimivi pojavi, ki bi lahko dali vpogled v gravitacijo, splošno in posebno relativnost, kvazarje, temno energijo in druge skrivnosti astronomija in fizika. Illinois je že vključen v več astronomskih raziskav, v katerih bi lahko našli supernove, bogate s kalcijem.

"Te supernove bi lahko bile drobtine za kruh, da bi našle pot do teh supermasivnih binarnih črnih lukenj in bi jih lahko našli v veliko večjem številu," je dejal Foley.


Recept za združitev črne luknje

Odkrivanje gravitacijskega vala je bil zgodovinski dogodek, ki je napovedal novo fazo astronomije. Numerični model vesolja zdaj raziskovalcem omogoča, da pripovedujejo zgodbo o sistemu črnih lukenj, ki je povzročil val. Glej pismo str.512

Prvi vir gravitacijskih valov je bil odkrit 14. septembra 2015. Nekatere je presenetilo, da je signal prišel iz združitve dveh črnih lukenj, vsaka približno 30-krat večja od mase Sonca. Zdaj, na strani 512, Belczynski et al. 1 ne samo, da lahko tak sistem naravno izhaja iz našega razumevanja medsebojnega delovanja zvezd v binarnih sistemih, ampak tudi odkrije zgodovino črnih lukenj od njihovega rojstva kot dve masivni zvezdi.

Druge skupine 2,3,4 so skušale označiti izvor gravitacijskega vala (danes znanega kot GW 150914), toda tisto, kar Belczynskega in sodelavce izstopa, je, da so ustvarili numerični model vesolja, ki omogoča vsako fazo. razvoja binarnih zvezd, ki jim je treba slediti, od rojstva vesolja do danes. To jim je omogočilo, da so po seznamu opazovanih binarnih datotek črne luknje našli tiste, ki ustrezajo parametrom vira gravitacijskega vala. Nato so spremljali razvoj evolucij vsakega kandidata, da bi ocenili relativno verjetnost, da bi vir lahko povzročil dogodek, in tako ugotovili, kateri je bil najbolj verjeten.

Avtorji sklepajo, da so se črne luknje verjetno začele kot dve zvezdici, ki sta imeli maso 40 do 100-krat večjo od sončne in sta bili rojeni približno dve milijardi let po velikem poku. Te zvezde so se po nadaljnjih 5 milijonih letih spremenile v črne luknje in se združile 10,3 milijarde let po tem ter oddajale signal gravitacijskega vala, ki je bil zaznan 1,2 milijarde let kasneje (slika 1). Možni so tudi drugi scenariji, vendar manj verjetni.

Belczynski et al. 1 je uporabil numerične modele vesolja za odklepanje zgodovine binarnega sistema črnih lukenj, ki je povzročil gravitacijski val, o katerem so poročali leta 2015. a, Predlagajo, da je ena od dveh zvezd v binarnem sistemu prednikov eksplodirala kot supernova (ni prikazana) in je ustvarila črno luknjo. b, To je zajela druga zvezda, ko se je razvijala in širila, kar je ustvarilo sistem, v katerem sta si oba predmeta delila isto plinsko ovojnico. c, Interakcija med obema predmetoma je postopoma zmanjševala razdaljo med njima, druga zvezda pa je oblikovala črno luknjo. d, Dve črni luknji sta se še naprej zbliževali z oddajanjem gravitacijskih valov, sčasoma pa sta se združevali in ustvarjali dovolj močne gravitacijske valove, da jih je bilo mogoče zaznati.

Črne luknje so bile pošasti in rezultati kažejo, da bi bile njihove prvotne zvezde nekatere najsvetlejše in najmasivnejše v vesolju. Če je predlagana starost nastanka zvezd pravilna, so morda prispevale k reionizaciji vesolja - enemu ključnih dogodkov v evoluciji vesolja. Verjetno je tudi, da so bile zvezde razmeroma čiste sestave: sestavljale so jih predvsem vodik in helij ter vsebovale manj kot 10% težkih elementov (kot so ogljik, kisik in železo), ki onesnažujejo naše Sonce. To kaže, da bi bile zvezde v majhni pritlikavi galaksiji in ne v veliki spiralni galaksiji, kakršna je naša lastna Mlečna pot.

Ta študija je pomembna iz dveh razlogov. Najprej GW 150914 ponuja vznemirljiv test za teorijo evolucije zvezd. Prej so supernove z zlomom jedra predstavljale zadnjo stopnjo življenja zvezd, ki bi jo lahko uporabili za omejitev narave rodovitnih zvezd 5. Belczynski et al. presegli to do končnega dogodka, ki se zgodi znotraj zvezdnega binarnega sistema, ki je že preživel dve supernovi. Njihovo delo zato trdno omejuje evolucijo zvezd in to, kako zvezde umirajo v supernovah. Drugič, ponuja nov način za merjenje natančnosti modelov nastajanja zvezd in kozmičnega razvoja skozi zgodovino vesolja.

Seveda obstajajo opozorila in predpostavke, ki modelu Belczynskega in sodelavcev dodajajo negotovost. Negotovost je, kako velika je lahko črna luknja, ki jo tvori zvezda. To je odvisno od tega, kako eksplozivne so supernove, ki tvorijo črne luknje. Eksplozivna narava masivnih zvezd je vroča tema raziskav, nekateri dokazi 6,7 kažejo, da lahko črne luknje nastanejo neposredno iz zvezd brez supernove, kar Belczynski in sodelavci domnevajo. Toda zvezde lahko tvorijo tudi črne luknje in eksplodirajo. V binarnih sistemih bi to vplivalo na naravo končnega sistema črnih lukenj in na čas združitve črnih lukenj.

Druga negotovost vključuje vmesno fazo evolucije binarnih zvezd. Ko se zvezde v dvojnikih razvijajo, se njihovi polmeri povečajo, včasih pa narastejo do velikosti svoje orbite, tako da si stopijo na pot - to se imenuje faza skupnega ovoja. Značilno je, da zvezda, ki najprej zraste, izgubi zunanji ovoj plina, tako da ostane majhno, vroče jedro, ki sčasoma tvori črno luknjo. Orbita binarnega sistema se med tem postopkom zmanjša. Med združitvijo dveh črnih lukenj, bližje ko sta bila predmeta, ko sta nastala, prej se bosta združila. Toda raziskovalci ne vedo, koliko se lahko orbita zmanjša v fazi skupnega ovoja, kljub desetletjem dela, namenjenega iskanju odgovora 8.

Prihodnji gravitacijski valovi lahko astrofizikom pomagajo omejiti obe negotovosti, toda za zdaj Belczynski et al. ustvariti "optimističen" in "pesimističen" model Vesolja, da se oceni najvišja in najnižja možna stopnja združitev črnih lukenj. Dokazujejo, da bi se v obeh modelih oblikovali sistemi, ki bi tvorili dvojiške datoteke s črno luknjo, ki je ustvarila GW 150914, in da se stopnja združitev črnih lukenj v vesolju ujema z izsledki zaznavanja gravitacijskih valov. Avtorji tudi predlagajo, da vrtenje zvezd okoli lastnih osi ni potrebno za razlago večine virov gravitacijskega vala, vendar se domneva, da bi takšno vrtenje lahko povečalo število združitev črnih lukenj 9. Kljub temu je treba opraviti še več dela in v modele vključiti več fizike.

Študija Belczynskega in sodelavcev je izjemno razburljiva, ker preučuje učinke nove omejitve na razvoj zvezd in vesolja, ki jo je opredelil GW 150914. Z vsakim zaznanim signalom gravitacijskega vala se bomo naučili nekaj novega. In ob govoricah, da bo kmalu napovedanih več dogodkov, nam morda ne bo treba čakati predolgo na naslednjo lekcijo.


MINI REVIEW članek

  • 1 Oddelek za fiziko in astronomijo Galileo Galilei, Univerza v Padovi, Padova, Italija
  • 2 INFN & # x02013Padova, Padova, Italija
  • 3 INAF & # x02013Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italija

Pregledali smo glavne fizikalne procese, ki vodijo do nastanka zvezdnih binarnih črnih lukenj (BBH) in do njihove združitve. BBH lahko nastanejo iz izoliranega razvoja masivnih binarnih zvezd. Fizika supernov zrušitve jedra in postopek skupnega ovoja sta dva glavna vira negotovosti glede tega formacijskega kanala. Alternatively, two black holes can form a binary by dynamical encounters in a dense star cluster. The dynamical formation channel leaves several imprints on the mass, spin and orbital properties of BBHs.


Supernova Blast Provides Clues to Determining Age of Binary Star System

Data from NASA's Chandra X-ray Observatory has revealed faint remnants of a supernova explosion and helped researchers determine Circinus X-1 -- an X-ray binary -- is the youngest of this class of astronomical objects found to date.

As the name suggests, X-ray binaries are star systems made up of two parts: a compact stellar remnant -- either a neutron star or a black hole and a companion star -- a normal star like our sun. As they orbit one another, the neutron star or black hole pulls in gas from the companion star. This heats the gas to millions of degrees, producing intense X-ray radiation and making these star systems some of the brightest X-ray sources in the sky.

Sebastian Heinz and his team at the University of Wisconsin-Madison (UW) discovered Circinus X-1 is less than 4,600 years old, making it the youngest X-ray binary system ever seen. This discovery, made in parallel with a radio telescope in Australia, provides scientists unique insight into the formation of neutron stars and supernovas, and the effect of the supernova's explosion on a nearby companion star.

"X-ray binaries provide us with opportunities to study matter under extreme conditions that would be impossible to recreate in a laboratory," Heinz said. "For the first time, we can study a newly minted neutron star in an X-ray binary system."

Astronomers have detected hundreds of X-ray binaries throughout the Milky Way and other nearby galaxies. However, these older X-ray binaries, with ages typically measured in millions of years, only reveal information about what happens much later in the evolution of these systems. "It's critical that we see what these X-ray binaries are doing at all stages of their lives," said co-author Paul Sell, also of UW. "Circinus X-1 is showing us what happens in a cosmic blink of an eye after one of these objects is born."

To determine the age of Circinus X-1, the team of astronomers needed to examine the material around the orbiting pair of stars. However, the overwhelming brightness of the neutron star made it too difficult for researchers to observe that interstellar gas. The team recently caught a break, when they observed the neutron star in a very faint state -- dim enough for scientists to detect the X-rays from the supernova shock wave that plowed through the surrounding interstellar gas. "Since the supernova was triggered by the formation of the neutron star, our limit on the age of the supernova remnant also limits the age of the neutron star in Circinus X-1," said co-author Robert Fender of the University of Oxford in the U.K.

The youth of Circinus X-1 helps explain its wild swings in brightness and the highly unusual orbit of its two stars, which had puzzled astronomers for years. The orbit is very eccentric -- non-circular -- and the period during which the two stars orbit each other is decreasing by several minutes every year. This is exactly what is expected for a young X-ray binary disrupted by a supernova explosion before the gravitational pull of the stars on each other has had time to circularize and stabilize the orbit.

Previous observations with other telescopes indicated the magnetic field of the neutron star in Circinus X-1 is weak. That, in addition to the star system's young age, has led to two possible theories: either a neutron star can be born with a weak magnetic field, or it can quickly become de-magnetized as it pulls material from its companion star onto itself. Neither conclusion was expected from existing theories of neutron star evolution.

In our galaxy, the only other established X-ray binary within a supernova remnant is SS 433, which is between 10,000 and 100,000 years old, and behaves in many ways like an older version of Circinus X-1. Two other candidate X-ray binaries in nearby galaxies have ages similar to SS 433.

In addition to the Chandra data, radio observations from the Australia Telescope Compact Array were critical in these findings. A paper describing these results is available online and appears in the Dec. 3 issue of The Astrophysical Journal.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala., manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Mass., controls Chandra's science and flight operations.


Blistering Stars in the Universe: Rare Insights Into How Violent Supernova Explosions Affect Nearby Stars

What happens if a supernova explosion goes off right beside another star? The star swells up, which scientists predict as a frequent occurrence in the Universe. Supernova explosions are the dramatic deaths of massive stars that are about 8 times heavier than our Sun.

Most of these massive stars are found in binary systems, where two stars closely orbit each other, so many supernovae occur in binaries. The presence of a companion star can also greatly influence how stars evolve and explode. For this reason, astronomers have long been searching for companion stars after supernovae — a handful have been discovered over the past few decades and some were found to have unusually low temperatures.

When a star explodes in a binary system, the debris from the explosion violently strikes the companion star. Usually, there’s not enough energy to damage the whole star, but it heats up the star’s surface instead. The heat then causes the star to swell up, like having a huge burn blister on your skin. This star blister can be 10 to 100 times larger than the star itself.

The swollen star appears very bright and cool, which might explain why some discovered companion stars had low temperatures. Its inflated state only lasts for an ‘astronomically’ short while — after a few years or decades, the blister can “heal” and the star shrinks back to its original form.

In their recently published study by a team of scientists led by OzGrav postdoctoral researcher Dr. Ryosuke Hirai (Monash University), the team carried out hundreds of computer simulations to investigate how companion stars inflate, or swell up, depending on their interaction with a nearby supernova. It was found that the luminosity of inflated stars is only correlated to their mass and doesn’t depend on the strength of the interaction with supernova. The duration of the swelling is also longer when the two stars are closer in distance.

“We applied our results to a supernova called SN2006jc, which has a companion star with a low-temperature. If this is in fact an inflated star as we believe, we expect it should rapidly shrink in the next few years,” explains Hirai

The number of companion stars detected after supernovae are steadily growing over the years. If scientists can observe an inflated companion star and its contraction, these data correlations can measure the properties of the binary system before the explosion — these insights are extremely rare and important for understanding how massive stars evolve.

“We think it’s important to not only find companion stars after supernovae, but to monitor them for a few years to decades to see if it shrinks back,” says Hirai.

Reference: “Observability of inflated companion stars after supernovae in massive binaries” by Misa Ogata, Ryosuke Hirai and Kotaro Hijikawa, 21 May 2021, Mesečna obvestila Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab1439


Poglej si posnetek: Kako lahko vplivamo na davčni rezultat? (December 2022).