Слияние черных дыр с большим эксцентриситетом подтверждено впервые

Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy исследователями из Центра вычислительной теории относительности и гравитации Рочестерского технологического института и Университета Флориды, это может помочь объяснить, почему некоторые из слияний черных дыр, обнаруженных LIGO Scientific Collaboration и Virgo Collaboration, намного тяжелее. чем считалось возможным ранее.

Концепция этого художника иллюстрирует иерархическую схему самого массивного слияния бинарных черных дыр, зарегистрированного на сегодняшний день. Ученые из RIT и Университета Флориды использовали передовые компьютерные модели, чтобы показать, что перед слиянием черные дыры имели эксцентрические орбиты. Предоставлено: LIGO/Caltech/MIT/R. Больно (IPAC)

Эксцентричные орбиты являются признаком того, что черные дыры могут неоднократно поглощать другие во время случайных столкновений в областях, густо населенных черными дырами, таких как ядра галактик. Ученые изучили самую массивную двойную гравитационно-волновую систему, наблюдавшуюся на сегодняшний день, GW190521, чтобы определить, имело ли слияние эксцентричные орбиты.

«Расчетные массы черных дыр более чем в 70 раз превышают размер нашего Солнца каждая, что значительно превышает расчетную максимальную массу, предсказываемую в настоящее время теорией звездной эволюции», — сказал Карлос Лусто, профессор Школы математических наук и исследователь. член CCRG. «Это интересный случай для изучения двойной системы черных дыр второго поколения и открывает новые возможности сценариев формирования черных дыр в плотных звездных скоплениях».

Группа исследователей RIT, включая Лусто, научного сотрудника Джеймса Хили, Джейкоба Ланге, доктора философии. (астрофизические науки и технологии), профессор и директор CCRG Мануэла Кампанелли, адъюнкт-профессор Ричард О’Шонесси и сотрудники из Университета Флориды собрались, чтобы по-новому взглянуть на данные, чтобы увидеть, имели ли черные дыры сильно эксцентричные орбиты до их слияния. .

Они обнаружили, что слияние лучше всего объясняется моделью прецессии с высоким эксцентриситетом. Чтобы добиться этого, команда провела сотни новых полных численных симуляций на суперкомпьютерах в местных и национальных лабораториях, на выполнение которых ушло почти год.

«Это представляет собой значительный прогресс в нашем понимании того, как сливаются черные дыры», — сказал Кампанелли. «Благодаря нашему сложному суперкомпьютерному моделированию и большому количеству новых данных, предоставляемых LIGO и быстро развивающимися детекторами Virgo, мы делаем новые открытия о Вселенной с поразительной скоростью».

Расширение этого анализа, проведенное той же командой RIT и UFL, использовало возможный электромагнитный аналог, наблюдаемый Zwicky Transient Facility, для независимого вычисления космологической постоянной Хаббла с GW150521 как эксцентрическим слиянием двойной черной дыры. Они нашли отличное совпадение с ожидаемыми значениями и недавно опубликовали работу в Astrophysical Journal.