Metode baru memprediksi lubang hitam mana yang lepas dari galaksi mereka

[wongdusun]

Tembakkan senapan, dan hentakan balik itu mungkin akan menjatuhkan Anda ke belakang. Menggabungkan dua lubang hitam dalam sistem biner, dan hilangnya momentum memberikan hentakan yang sama - "tendangan" - ke lubang hitam gabungan.

"Untuk beberapa sistem biner, hentakannya dapat mencapai hingga 5.000 kilometer per detik, yang lebih besar daripada kecepatan lepas sebagian besar galaksi," kata Vijay Varma, astrofisikawan di California Institute of Technology dan Klarman Fellow dari Cornell University’s College of Arts & Sciences.
Varma dan rekan-rekan penelitinya telah mengembangkan metode baru menggunakan pengukuran gelombang gravitasi untuk memprediksi kapan lubang hitam berakhir dengan tetap di galaksi inangnya dan kapan itu akan keluar dari galaksinya. Pengukuran semacam itu dapat memberikan bagian penting yang hilang dari teka-teki di balik asal-usul lubang hitam yang berat, kata Varma, serta menawarkan wawasan tentang evolusi galaksi dan tes relativitas umum.

video:

https://youtu.be/yX4roAKPyQs


Simulasi ini menunjukkan penggabungan lubang hitam 35 massa matahari dengan lubang hitam 25 massa matahari, diikuti oleh recoil (tendangan) dari lubang hitam gabungan. Film ini dipercepat setelah merger untuk menitikberatkan pada tendangan. Panah mengindikasikan putaran (rotasi) dari lubang hitam â€" yang berinteraksi dengan momentum sudut orbital (panah merah muda), menyebabkan bidang orbital bergetar ketika biner berevolusi. Bola biru dan merah menunjukkan pola gelombang gravitasi yang dihasilkan dalam tabrakan. Kredit: Vijay Varma

Ketika lubang hitam mengorbit dalam sistem biner, gelombang gravitasinya membawa energi dan momentum sudut, yang menyebabkan sistem biner menyusut ketika berputar ke dalam. Ketika suatu sistem memiliki asimetri, seperti massa yang tidak sama, gelombang gravitasi tidak dipancarkan secara merata di semua arah, yang menyebabkan hilangnya momentum linear gabungan, menghasilkan recoil atau tendangan balik. Sebagian besar recoil itu terjadi tepat sebelum penggabungan yang dapat menghasilkan tendangan balik yang cukup besar untuk melemparkan lubang hitam yang baru bergabung dari galaksi inangnya.

Model para peneliti didasarkan pada simulasi superkomputer yang secara numerik memecahkan persamaan relativitas umum Einstein. Simulasi dilakukan sebagai bagian dari upaya penelitian yang lebih besar di bawah Kolaborasi Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) yang mencakup kelompok penelitian dari Caltech dan Cornell. Saul Teukolsky, Profesor Fisika Cornell Hans A. Bethe, bertindak sebagai pemimpin kelompok.

"Penelitian ini menunjukkan bagaimana sinyal gelombang gravitasi dapat digunakan untuk belajar tentang fenomena astrofisika secara tak terduga," kata Teukolsky. "Awalnya dipercaya bahwa kita harus menunggu lebih dari satu dekade untuk detektor yang cukup sensitif untuk melakukan pekerjaan semacam ini, tetapi penelitian ini menunjukkan kita sebenarnya bisa melakukannya sekarang - sangat menarik!"

Sementara sinyal gelombang gravitasi yang tersedia untuk umum yang diumumkan oleh LIGO dan Virgo tidak cukup kuat untuk pengukuran rekoil yang baik, menurut penulis karena detektor ini terus meningkat selama beberapa tahun ke depan, metode ini akan dapat mengukur recoil dengan handal nantinya.

Penelitian ini dimungkinkan oleh dukungan dari National Science Foundation, NASA Hubble Fellowship dan Sherman Fairchild Foundation.