Cum alimentează coliziunile dintre stele găurile negre masive?

Este dificil de prezis cu certitudine ce se întâmplă atunci când stelele gigantice se ciocnesc, dar noile simulări, realizate de echipa DEMOBLACK de la Universitatea din Padova, Italia, indică o serie de posibilități. Printre acestea se numără formarea de găuri negre masive în pepinierele stelare, unde stelele mari locuiesc aproape una de cealaltă.

Modelul astrofizicianului Michela Mapelli sugerează un răspuns la o întrebare presantă în domeniul astronomiei undelor gravitaționale: Cum s-au combinat două găuri negre îndepărtate pentru a produce GW190521, o undă gravitațională puternică, detectată în 2019?

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Semnalul pentru GW190521 a avut forma caracteristică unei fuziuni de găuri negre. În acest caz, a avut loc între două găuri negre progenitoare cu dimensiunea de 85 și 66 de mase solare.

Coliziunea lor a dat naștere unei rămășițe de gaură neagră de peste 140 de ori mai masivă decât Soarele.

O gaură neagră de peste 140 de ori mai masivă decât Soarele

Fuziunea a ridicat numeroase întrebări, căci a fost mai mare decât găurile negre de masă stelară, care se formează din nucleele stelelor prăbușite, și mai mică decât cele supermasive. Dimensiunea sa o plasa într-un „decalaj de masă” – un interval în care fizicienii nu erau siguri că se pot forma găuri negre.

Mapelli și colaboratorii săi au prezis pentru prima dată că ciocnirile stelare ar putea duce la formarea găurilor negre în intervalul de masă, cu aproximativ un an înainte de a fi anunțată observația din 2019.

Cu toate acestea, ei nu au efectuat o simulare hidrodinamică până când nu au aflat mai multe despre GW190521.

Conform simulării DEMOBLACK, un astfel de mastodont ar putea apărea atunci când stelele mari, precum cele care se găsesc înghesuite într-o pepinieră stelară, se unesc.

Simulările anterioare au modelat coliziunile dintre stelele de masă mică și medie, dar lucrarea lui Mapelli descrie, pentru prima dată, ce se întâmplă după ce giganții se ciocnesc între ei. „Nimeni nu a făcut simularea coliziunii dintre stele atât de masive”, spune ea, potrivit EurekAlert.

Coliziunile și fuziunile repetate ar putea produce găuri negre masive

Simularea începe cu două stele, dintre care una este o secvență principală, o stea neevoluată fizic, de aproximativ 40 de ori mai masivă decât Soarele. „Este în mare parte hidrogen proaspăt”, spune ea. Cealaltă stea este mai veche, are aproximativ 60 de mase solare și are un nucleu compact de heliu.

În anumite ipoteze, aceste stele ar putea colapsa într-o gaură neagră cu mai mult de 50 de mase solare. Iar aceste găuri negre, la rândul lor, ar putea forma binare și, în cele din urmă, să fuzioneze.

Potrivit lui Mapelli, aceste tipuri de schimburi și coliziuni stelare pot construi găuri negre binare cu o masă mai mare de 40 de sori.

Coliziunile și fuziunile repetate ar putea produce găuri negre cu mase mult mai mari, variind între aproximativ 100 și 10.000 de ori masa Soarelui.

Un mister al astronomiei

De la observarea lui GW190521, raportată în Physical Review Letters, teoreticienii au căutat o explicație pentru procesele dinamice din spatele acestuia. O altă idee susține că binarele au inclus găuri negre primordiale, ceea ce înseamnă că acestea nu au apărut din nucleele prăbușite ale stelelor, ci au fost lăsate în urmă de Universul timpuriu.

O altă idee, susținută de observația conform căreia fuziunea ar fi putut produce o erupție electromagnetică, sugerează că, de fapt, coliziunea a avut loc în interiorul discului dens de gaz care înconjoară o gaură neagră supermasivă.

Mapelli spune că munca sa nu exclude aceste explicații. „Nu suntem siguri că această coliziune este singura explicație posibilă pentru un eveniment precum 190521″, concluzionează ea.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O gaură neagră supermasivă a creat bule uriașe în jurul galaxiei noastre

Găurile de vierme ajută la elucidarea misterului găurilor negre

O gaură neagră bizară ar putea schimba modul în care înțelegem cum se formează acestea

„Gaura neagră” cea mai apropiată de Pământ nu este ceea ce ne-am așteptat să fie