Felrobban egy szupernóva: kimutatható-e mellette egy már korábban is ott lévő fekete lyuk?

4819

A gravitációshullám-obszervatóriumok működésük megkezdése óta több összeolvadást figyeltek meg, köztük neutroncsillagok és fekete lyukak összeolvadását is. Mind a fekete lyukak, mind a neutroncsillagok szupernóva-robbanásokból jönnek létre. Lehetséges vajon, hogy azonosítsuk az összeolvadás előtti párokat?

Numerikus szimuláció két fekete lyukról, amelyek spirális pályán közelítenek egymáshoz, összeolvadnak, és gravitációs hullámokat bocsátanak ki. (Forrás: [N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration])

Fekete lyukak összeolvadását (BH–BH) első alkalommal 2015-ben észlelte a LIGO obszervatórium. Azóta a LIGO és a Virgo interferométer több alkalommal figyelte meg két fekete lyuk, illetve két neutroncsillag összeolvadását. Sőt, a két obszervatórium még fekete lyuk és neutroncsillag összeolvadására is talált jelölteket. De vajon hogyan jönnek létre ezeknek az egyesülő objektumoknak a progenitorai?

Művészi illusztráció egy fekete lyuk és egy neutroncsillag kettőséről. (Forrás: [Carl Knox, Arc Centre Of Excellence For Gravitational Wave Discovery (Ozgrav) At Swinburne University Of Technology]))

Az egyik lehetőség, hogy a fekete lyukak és a neutroncsillagok az űr zsúfoltabb térrészeiben egyszerűen egymás közelébe kerülnek, és csupán véletlenül állnak párba. Az is lehet, hogy e sűrű objektumpárok nagy tömegű kettőscsillagként indulnak, és addig fejlődnek, amíg elérik az összeolvadás előtti állapotukat.

Mindkét lehetőség esetén a folyamat része egy-egy szupernóva-robbanás: a csillagokból neutroncsillagok vagy fekete lyukak válnak. A második forgatókönyvvel kapcsolatban érdemes átgondolni, hogy ha az egyik csillag fekete lyukká válik, mielőtt a másik átalakul, milyen kölcsönhatás lép fel a fekete lyuk és az éppen szupernóvává váló csillag között.

Ezzel a kérdéssel foglalkozik egy nemrég közzétett tanulmány, amelynek vezető szerzője He Gao (Beijing Normal University). Gao és munkatársai először megbecsülték, mekkora tömeg repül szét, illetve mennyi energia szabadul fel, ha egy nagy tömegű csillag szupernóvává válik. Ezenkívül a kidobott anyag sebességével is foglalkoztak, mivel az fontos szerepet játszik a fekete lyukkal való kölcsönhatásokban.

Ha bármilyen anyag a fekete lyukba hullik, az energia többféle módon szabadulhat fel, például anyagsugarak és kiáramlások révén. A kutatók megállapították, hogy ezek az energiafelszabadulások a szupernóva-robbanások időskáláján történhetnek. Tehát mit kapunk, ha megnézzük az összeolvadás progenitora által felszabadított teljes energiát?

Fénygörbék két olyan esetről, amikor egy fekete lyuk kölcsönhatásba lép a társa szupernóva-robbanásából kidobott anyaggal. A felső ábrán a kölcsönhatás energiája nagyobb, mint önmagában a szupernóváé. Az alsó ábrán a kölcsönhatás energiája összemérhető a szupernóváéval. LBP jelöli a fekete lyuk anyagkiáramlásainak fényességét, Ldisk a fekete lyuk akkréciós korongjának fényességét, és LNI a szupernóva-robbanás során keletkező nikkel radioaktív bomlásából adódó fényességet. Az Lmag a rendszer teljes fényessége. (Forrás: Gao et al. 2020)

Ha egy szupernóva fényességét ábrázoljuk a robbanás elejétől a végéig, akkor egy olyan fénygörbét kapunk, amely gyorsan tetőzik, majd lassan ellaposodik. A görbe a szupernóva típusától függően változhat, de általánosságban elmondható, hogy a legtöbb szupernóvának ez a jellegzetes fényességgörbéje az idő függvényében.

Az egyesülések progenitoraiban a kiszóródó anyag kölcsönhatásba lép a fekete lyukkal, és az így kibocsátott energia megzavarja ezt a jellegzetes fénygörbét. A zavar mértéke számos tényezőtől függ, de a kutatók szerint a megzavart szupernóva-robbanásoknak legalább egy kis hányada megfigyelhető.

Ha több megzavart szupernóva-robbanást is észlelünk, összehasonlíthatjuk az előfordulásuk arányát a gravitációshullám-obszervatóriumok által érzékelt releváns egyesülésekkel. Így eldönthetjük, hogy melyik forgatókönyv a helyes. Ehhez mindenképpen több megfigyelésre van szükség.

Forrás: AAS Nova

Hozzászólás

hozzászólás