"Είναι μια πρόκληση για τα τρέχοντα θεωρητικά μοντέλα να σχηματίσουν συγχωνευμένα ζεύγη συμπαγών αντικειμένων με τόσο μεγάλη αναλογία μάζας στην οποία ο συνοδός χαμηλής μάζας "κατοικεί" στο mass gap. Η ανακάλυψη αυτή υπονοεί ότι τα συμβάντα αυτά συμβαίνουν πολύ πιο συχνά από ό, τι προβλέπαμε, καθιστώντας το ένα πραγματικά ενδιαφέρον αντικείμενο χαμηλής μάζας".
Vicky Kalogera, καθηγήτρια στο Northwestern University των Ηνωμένων Πολιτειών
Εικόνα: Carl Knox, OzGrav ARC Center of Excellence
Από το Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ
Για δεκαετίες οι αστρονόμοι αντιμετώπιζαν ένα γρίφο για ένα κενό το οποίο βρίσκεται ανάμεσα στα αστέρια νετρονίων και τις μαύρες τρύπες. Μια σημαντική νέα ανακάλυψη αποκαλύπτει ένα μυστηριώδες αντικείμενο στο λεγόμενο mass gap (κενό μάζας).
Η ομάδα βαρυτικών κυμάτων από το Ινστιτούτο Κοσμολογίας και Βαρύτητας του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ (University of Portsmouth’s Institute of Cosmology and Gravitation) διαδραμάτισε βασικό ρόλο στη μελέτη, η οποία θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες "βλέπουν" τα αστέρια νετρονίων και τις μαύρες τρύπες.
Όταν τα πιο μαζικά αστέρια πεθαίνουν, καταρρέουν κάτω από τη δική τους βαρύτητα αφήνοντας πίσω τους μαύρες τρύπες. Όταν αστέρια που είναι λίγο λιγότερο μαζικά πεθαίνουν, εκρήγνυνται με μια έκρηξη υπερκαινοφανούς (σουπερνόβα) αφήνοντας πίσω τους πυκνά, νεκρά αστρικά υπολείμματα τα οποία ονομάζονται αστέρια νετρονίων.
Τα βαρυτικά κύματα εκπέμπονται κάθε φορά που επιταχύνεται ένα ασύμμετρο αντικείμενο, με τις ισχυρότερες πηγές ανιχνεύσιμων βαρυτικών κυμάτων να προέρχονται από τη σύγκρουση αστεριών νετρονίων και μελανών οπών. Και τα δύο αυτά αντικείμενα δημιουργούνται στο τέλος της ζωής ενός τεράστιου μαζικού αστεριού.
Το βαρύτερο γνωστό αστέρι νετρονίων δεν έχει περισσότερο από δυόμισι φορές τη μάζα του Ήλιου μας, ή 2,5 ηλιακές μάζες, και η ελαφρύτερη γνωστή μαύρη τρύπα έχει μάζα όσο περίπου πέντε ηλιακές μάζες.
Δήλωση:
"Ο λόγος για τον οποίο τα ευρήματα αυτά είναι τόσο συναρπαστικά είναι επειδή δεν έχουμε εντοπίσει ποτέ στο παρελθόν ένα αντικείμενο με μάζα το οποίο να είναι σταθερά μέσα στο θεωρητικό κενό (mass gap) μεταξύ των αστέρων νετρονίων και των μελανών οπών." - Δρ Laura Nuttall, Αστροφυσικός, στο Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ.
Η νέα μελέτη από το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Ιντερφερόμετρου Λέιζερ Gravitational-Wave Observatory (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO) του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος (National Science Foundation) και του Ευρωπαϊκού ανιχνευτή ΒΚ Virgo, ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός αντικειμένου 2,6 ηλιακών μαζών, τοποθετώντας το σταθερά στο mass gap.
Το LIGO αποτελείται από δύο ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων οι οποίοι απέχουν 3.000 χιλιόμετρα μεταξύ τους στις ΗΠΑ - έναν στο Λίβινγκστον, τη Λουιζιάνα και έναν στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον. Ο ανιχνευτής Virgo βρίσκεται στη κοινότητα Cascina της Ιταλίας.
Η Δρ. Laura Nuttall, ειδικός στα βαρυτικά κύματα από το Ινστιτούτο Κοσμολογίας και Βαρύτητας του Πανεπιστημίου, δήλωσε: "Ο λόγος για τον οποίο τα ευρήματα αυτά είναι τόσο συναρπαστικά είναι επειδή δεν έχουμε εντοπίσει ποτέ στο παρελθόν ένα αντικείμενο με μάζα το οποίο να είναι σταθερά μέσα στο θεωρητικό κενό (mass gap) μεταξύ των αστέρων νετρονίων και των μελανών οπών. Είναι είτε η ελαφρύτερη μαύρη τρύπα ή το βαρύτερο αστέρι νετρονίων που έχουμε δει ποτέ;
Ο διδακτορικός φοιτητής του πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ Connor McIsaac πραγματοποίησε μία από τις αναλύσεις που υπολόγισαν τη σημασία του συμβάντος αυτού.
Η Δρ. Nuttall πρόσθεσε: "Η ανάλυση του Connor μας βεβαιώνει ότι πρόκειται για ένα πραγματικό αστροφυσικό φαινόμενο και όχι κάποια περίεργη συμπεριφορά κάποιου οργάνου".
Το αντικείμενο αυτό ανακαλύφθηκε στις 14 Αυγούστου του 2019, καθώς συγχωνεύτηκε με μια μαύρη τρύπα 23 ηλιακών μαζών, δημιουργώντας ένα όγκο βαρυτικών κυμάτων τα οποία εντοπίστηκαν στη Γη από τους ανιχνευτές LIGO και Virgo.
Η κοσμική αυτή συγχώνευση που περιγράφεται στη μελέτη, ένα γεγονός που ονομάστηκε GW190814, οδήγησε σε μια τελική μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 25 φορές τη μάζα του Ήλιου (ένα μέρος της συγχωνευμένης μάζας μετατράπηκε σε έκρηξη ενέργειας με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων). Η πρόσφατα σχηματισμένη μαύρη τρύπα βρίσκεται περίπου 800 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.
Δήλωση:
"Σκέφτομαι το Pac-Man να τρώει μια μικρή κουκκίδα, όταν οι μάζες είναι εξαιρετικά ασύμμετρες, το μικρότερο αστέρι νετρονίων μπορεί να φαγωθεί με μία χαψιά". - Vicky Kalogera, Northwestern University, United States
Πριν από τη συγχώνευση των δύο αντικειμένων, οι μάζες τους διέφεραν κατά ένα συντελεστή 9, καθιστώντας την πιο ακραία αναλογία μάζας που είναι γνωστή για ένα συμβάν βαρυτικού κύματος. Ένα άλλο πρόσφατα αναφερόμενο γεγονός από τους ανιχνευτές LIGO-Virgo, το οποίο ονομάζεται GW190412, συνέβη μεταξύ δύο μελανών οπών με αναλογία μάζας 3: 1.
Η Vicky Kalogera, καθηγήτρια στο Northwestern University των Ηνωμένων Πολιτειών, δήλωσε: "Είναι μια πρόκληση για τα τρέχοντα θεωρητικά μοντέλα να σχηματίσουν συγχωνευμένα ζεύγη συμπαγών αντικειμένων με τόσο μεγάλη αναλογία μάζας στην οποία ο συνοδός χαμηλής μάζας "κατοικεί" στο mass gap. Η ανακάλυψη αυτή υπονοεί ότι τα συμβάντα αυτά συμβαίνουν πολύ πιο συχνά από ό, τι προβλέπαμε, καθιστώντας το ένα πραγματικά ενδιαφέρον αντικείμενο χαμηλής μάζας.
Το μυστηριώδες αυτό αντικείμενο μπορεί να είναι ένα αστέρι νετρονίων που συγχωνεύθηκε με μια μαύρη τρύπα, μια συναρπαστική πιθανότητα η οποία αναμένεται θεωρητικά αλλά δεν έχει επιβεβαιωθεί ακόμη παρατηρησιακά. Ωστόσο, με 2,6 φορές τη μάζα του Ήλιου μας, υπερβαίνει τις σύγχρονες προβλέψεις για τη μέγιστη μάζα των αστέρων νετρονίων, και μπορεί αντ 'αυτού να είναι η ελαφρύτερη μαύρη τρύπα που έχει εντοπιστεί ποτέ. "
Όταν οι επιστήμονες των ανιχνευτών LIGO και Virgo διαπίστωσαν τη συγχώνευση αυτή, έστειλαν αμέσως μια ειδοποίηση στην αστρονομική κοινότητα. Δεκάδες επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια άρχισαν την αναζήτηση των κυμάτων φωτός που δημιουργήθηκαν στο συμβάν αυτό, αλλά κανένας δεν πήρε κανένα σήμα. Μέχρι στιγμής, τέτοια σήματα φωτός, τα οποία είναι αντίστοιχα των βαρυτικών κυμάτων, έχουν παρατηρηθεί μόνο μία φορά σε ένα συμβάν το οποίο ονομάζεται GW170817. Το συμβάν, το οποίο ανακαλύφθηκε από το δίκτυο LIGO-Virgo τον Αύγουστο του 2017, αφορούσε μια φλογερή σύγκρουση ανάμεσα σε δύο αστέρια νετρονίων τα οποία στη συνέχεια παρατηρήθηκαν από δεκάδες τηλεσκόπια στη Γη και στο διάστημα. Οι συγκρούσεις αστέρων νετρονίων είναι θα λέγαμε ακατάστατες υποθέσεις με την ύλη που εκτοξεύεται προς τα έξω προς όλες τις κατευθύνσεις και συνεπώς αναμένεται να λάμψει με φως*. Αντίθετα, οι συγχωνεύσεις μελανών οπών, στις περισσότερες περιπτώσεις, θεωρείται ότι δεν παράγουν φως.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες των LIGO και Virgo, το συμβάν του Αυγούστου του 2019 δεν παρατηρήθηκε από τηλεσκόπια με βάση το φως για μερικούς πιθανούς λόγους. Πρώτον, το συμβάν αυτό ήταν έξι φορές πιο μακριά από τη συγχώνευση που παρατηρήθηκε το 2017, καθιστώντας πιο δύσκολη τη λήψη φωτεινών σημάτων. Δεύτερον, εάν η σύγκρουση αφορούσε δύο μαύρες τρύπες, πιθανότατα δεν θα έλαμπε με κανένα φως. Τρίτον, εάν το αντικείμενο ήταν στην πραγματικότητα ένα αστέρι νετρονίων, ο συνοδός του, δηλαδή η 9πλάσια σε μάζα μαύρη τρύπα, θα το είχε "καταπιεί" ολόκληρο. Ένα αστέρι νετρονίων το οποίο καταβροχθίζεται ολόκληρο από μια μαύρη τρύπα δεν θα πρέπει να εκπέμπει κανένα φως.
"Σκέφτομαι το Pac-Man να τρώει μια μικρή κουκκίδα", δήλωσε η αστροφυσικός Vicky Kalogera. "Όταν οι μάζες είναι εξαιρετικά ασύμμετρες, το μικρότερο αστέρι νετρονίων μπορεί να φαγωθεί με μία χαψιά."
Μελλοντικές παρατηρήσεις με τους ανιχνευτές LIGO, και Virgo και ενδεχομένως και από άλλα άλλα τηλεσκόπια μπορεί να συλλάβουν παρόμοια γεγονότα τα οποία θα βοηθούσαν να αποκαλυφθεί αν το μυστηριώδες αυτό αντικείμενο ήταν ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα ή εάν υπάρχουν πρόσθετα αντικείμενα στο mass gap.
Το σχετικό paper με την ανίχνευση έγινε αποδεκτό για δημοσίευση στο περιοδικό "The Astrophysical Journal Letters".
Αναφορές: “GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object” by R. Abbott, et. al., 23 June 2020, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ab960f
DOI: 10.3847/2041-8213/ab960f
*Λέγοντας φως εννοείται όλο το φάσμα του φωτός, όχι μόνο το ορατό.
Πηγή: scitechdaily.com