Розумна комп’ютерна симуляція щойно знайшла сотні чорних дір у далекій зоряній системі

Форма стародавнього скупчення зірок NGC 6101 не мала сенсу до тих пір, поки всього кілька місяців тому пара астрофізиків не вирішила трохи пофантазувати.

У пориві дивного натхнення аспірант Університету Суррея Міклош Пайтен і професор Марк Гілес створили комп’ютерну симуляцію кулястого скупчення NGC 6101, вставили сотні чорних дір і дозволили програмі відтворити 13-мільярдну історію зоряної системи. Те, що вони виявили, пояснило її фізичну динаміку, але підірвало загальноприйняті уявлення про те, як розвиваються чорні діри і кульові скупчення. Дослідники опублікували свої висновки минулого тижня в журналі Royal Astronomical Society .

Чорні діри неможливо спостерігати безпосередньо, але астрономи можуть виявити їх вплив на речі навколо них.

“Сьогодні ми знаємо, що багато чорних дір створюються в кулястих скупченнях, – сказав Пайтен в інтерв’ю Digital Trends. “Але до цих пір вважалося, що якщо чорна діра була створена в кульовому скупченні, то вона зазвичай буде вигнана під час спалаху наднової – вибуху масивної зірки. Зрештою, залишається лише кілька жмень чорних дір, але ці чорні діри виштовхують одна одну досить швидко, так що в кінцевому підсумку в скупченні залишається принаймні одна [чорна діра]”.

• Хаббл, можливо, знайшов “відсутню ланку” у формуванні чорних дір
• Як божевільна, міжконтинентальна координація принесла нам перше фото чорної діри
• Астрономи шукають крихітні галактики, щоб зрозуміти еволюцію чорних дір

В останні кілька років деякі дослідження припустили, що коли чорні діри утримуються всередині кулястого скупчення, вони мають тенденцію занурюватися в його центр, створюючи візуальне враження, що скупчення роздуте, тому що всі спостережувані зірки розташовані в напрямку до зовнішньої сторони. NGC 6101 має такий роздутий вигляд і незвичайний розподіл, з невеликою кількістю спостережуваних зірок в його центрі. “Тому ми вирішили спробувати додати в симуляцію групу чорних дір”, – сказав Пайтен.

Чорні діри неможливо спостерігати безпосередньо, але астрономи можуть виявити їх, вимірюючи їх вплив на речі навколо них. Вони поглинають хмари газу, розривають на частини масивні зірки і випромінюють гамма-сплески – найяскравіші події у Всесвіті. Але, якщо чорні діри явно не втручаються в міжзоряні події, астрономи не можуть знати, що вони існують.

Тому їм часто доводиться використовувати свою уяву – запускати космологічні комп’ютерні симуляції, щоб побачити, чи може чорна діра тут чи там вплинути на структуру і динаміку системи.

Сотні чорних дір ховаються в зоряній системі NGC6101 – Університет Суррея

Пайтен і Гілес створили три симуляції за допомогою програми, розробленої відомим кембриджським астрономом Сверре Аарсетом (Sverre Aarseth). Спочатку вони відтворили NGC 6101 без чорних дір. Потім вони відтворили скупчення таким, яким воно могло б виглядати, якби 50 відсотків його чорних дір були викинуті. Нарешті, вони запустили симуляцію, яка зобразила скупчення так, ніби воно зберегло всі свої чорні діри протягом свого життя.

На виконання кожної симуляції тривалістю 13 мільярдів років пішов один місяць.

“Коли ми порівняли результати, то виявили, що симуляція без чорних дір не змогла відтворити те, що ми бачимо в NGC 6101”, – сказав Пайтен. “Тим часом, та, в якій збережені всі чорні діри, майже ідеально відповідає тому, що ми бачимо [на небі]”. Симуляція, яка зберігала 50 відсотків чорних дір, також не змогла точно зобразити скупчення.

“Ми виявили, що чорні діри, які зливаються, існують завдяки пульсаціям їх гравітаційних хвиль”

Якщо відкриття Паутена і Гілеса підтвердиться, то два загальноприйнятих астрофізичних припущення можуть бути перевернуті. По-перше, поштовхи наднових повинні бути набагато менш потужними, ніж вважалося раніше, і, таким чином, кулясті скупчення можуть містити набагато більше чорних дір, що означає, що вони надають більш спостережуваний – хоча і тонкий – вплив на динаміку системи.

Моделювання також може пролити світло на цьогорічне знакове виявлення гравітаційних хвиль – пульсацій у просторі-часі, які випромінюються при злитті двох чорних дір. “Ми виявили, що чорні діри, які зливаються, існують завдяки пульсаціям їхніх гравітаційних хвиль”, – продовжив Пайтен. “Тепер питання в тому, де вони знаходяться?”

Якщо NGC 6101 дійсно містить сотні чорних дір, багато з цих чорних дір коли-небудь зіллються і випромінюватимуть гравітаційні хвилі. Якщо інші кулясті скупчення містять стільки ж чорних дір, астрономи могли б провести більш цілеспрямовані дослідження, шукаючи ознаки цих хвиль всередині самих скупчень, щоб точно визначити їх місцезнаходження.

“Знаючи тепер, що вони можуть існувати в цих скупченнях і знаючи деякі їх властивості, ми можемо провести дослідження, щоб з’ясувати, як вони зливаються і як надалі допомогти вченим, які вивчають гравітаційні хвилі, налаштувати свої інструменти для виявлення такого роду подій”, – додав Паутен.

Пайтен дуже схвильований відкриттям, але визнає, що дані про NGC 6101 не є досконалими. “Техніка, яку ми використовували, повинна була спричинити за собою деякі спрощення”, – зазначив він. Наприклад, він може сказати, що в NGC 6101, ймовірно, існують сотні чорних дір, але не може назвати точну кількість. “Також існує проблема, що ми не знаємо на 100 відсотків середню масу цих чорних дір”.

У своєму поточному дослідженні Пайтен і Гілес планують вивчити альтернативні теорії, такі як та, яка припускає, що гіпотетична чорна діра “проміжної маси” є причиною форми скупчення. Вони також змоделюють інші подібні скупчення і визначать, чи зможе кілька чорних дір об’єднати їхні структури і динаміку.

Врешті-решт, Пайтен задає питання, які відображають форму найбільших наукових запитів. “Чи є це скупчення нормальним випадком?” – запитує він. “Чи він абсолютно унікальний?”

Рекомендації редакторів

• Вони зробили першу в світі фотографію чорної діри. Тепер знімають відео
• Астрономи просять вашої допомоги в ідентифікації тисяч чорних дір
• Хаббл зробив знімки запиленої галактики, щоб дізнатися про надмасивні чорні діри
• Астрономи пояснили, чим годували голодні надмасивні чорні діри на зорі Всесвіту
• Навколо надмасивних чорних дір могли формуватися планети, показало нове дослідження

Source: digitaltrends.com