Sterremassa swart gate is hemelse voorwerpe gebore uit die ineenstorting van sterre met massas van 'n paar tot laag honderde kere dié van ons son. Hul gravitasieveld is so intens dat nie materie of bestraling hulle kan ontduik nie, wat hul opsporing uiters moeilik maak.
Daarom, toe die klein rimpelings in ruimte-tyd geproduseer deur die samesmelting van twee swart gate in 2015 deur die Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) opgespoor is, is dit as 'n waterskeidingsoomblik beskou.
Volgens astrofisici was die twee saamsmeltende swart gate by die oorsprong van die sein ongeveer 30 keer die massa van die son en is 1.5 miljard ligjare ver geleë.
LIGO detector beam tube – illustratiewe foto. Beeldkrediet: Jeff Keyzer via Flickr, CC BY-SA 2.0
Oorbruggingsteorie en waarneming
Watter meganismes produseer hierdie swart gate? Is hulle die produk van die evolusie van twee sterre, soortgelyk aan ons son, maar aansienlik meer massief, wat binne 'n binêre stelsel ontwikkel? Of is hulle die gevolg van swart gate in digbevolkte sterreswerms wat toevallig in mekaar vasloop? Of kan 'n meer eksotiese meganisme betrokke wees? Al hierdie vrae word vandag nog hewig gedebatteer.
Die POSYDON-samewerking, 'n span wetenskaplikes van instellings insluitend Northwestern, die Universiteit van Genève (UNIGE) en die Universiteit van Florida (UF), het aansienlike vordering gemaak in die simulering van binêre-ster-bevolkings. Hierdie werk help om meer akkurate antwoorde te verskaf en teoretiese voorspellings met waarnemingsdata te versoen.
"Aangesien dit onmoontlik is om die vorming van samesmeltende binêre swart gate direk waar te neem, is dit nodig om op simulasies staat te maak wat hul waarnemingseienskappe weergee," sê Simone Bavera, 'n nadoktorale navorser in die departement van sterrekunde van die UNIGE se Fakulteit Natuurwetenskappe en hoofleier. skrywer van die studie.
"Ons doen dit deur die binêre sterstelsels vanaf hul geboortes tot die vorming van die binêre swartgatstelsels te simuleer."
'n Kunstenaar se konsepsie toon twee saamsmeltende swart gate soortgelyk aan dié wat deur LIGO opgespoor is. Krediet: Aurore Simonnet/LIGO-Caltech-MIT-Sonoma State
Die grense van simulasie verskuif
Om die oorsprong van samesmelting van binêre swart gate te interpreteer, soos die een wat in 2015 waargeneem is, vereis dat teoretiese modelvoorspellings met werklike waarnemings vergelyk word. Die tegniek wat gebruik word om hierdie stelsels te modelleer, staan bekend as "binêre bevolkingsintese."
"Hierdie tegniek simuleer die evolusie van tienmiljoene binêre sterstelsels om die statistiese eienskappe van die gevolglike gravitasiegolfbronpopulasie te skat," het Anastasios Fragkos, assistent-professor in die departement sterrekunde by die UNIGE Fakulteit Natuurwetenskappe, gesê.
"Om dit egter binne 'n redelike tydsbestek te bereik, het navorsers tot nou toe staatgemaak op modelle wat benaderde metodes gebruik om die evolusie van die sterre en hul binêre interaksies te simuleer," het hy gesê. "Daarom lei die oorvereenvoudiging van enkel- en binêre sterfisika tot minder akkurate voorspellings."
POSYDON het hierdie beperkings oorkom. Ontwerp as oopbronsagteware, gebruik dit 'n vooraf-berekende groot biblioteek van gedetailleerde enkel- en binêre-ster-simulasies om die evolusie van geïsoleerde binêre stelsels te voorspel.
Elkeen van hierdie gedetailleerde simulasies kan tot 100 sentrale verwerkingseenheid (SVE)-ure neem om op 'n superrekenaar uit te voer, wat hierdie simulasietegniek nie direk toepaslik vir binêre populasie-sintese maak nie.
"Deur egter 'n biblioteek van simulasies wat die hele parameterruimte van aanvanklike toestande dek, vooraf te bereken, kan POSYDON hierdie uitgebreide datastel saam met masjienleermetodes gebruik om die volledige evolusie van binêre stelsels in minder as 'n sekonde te voorspel," sê Jeffrey Andrews, assistent. professor in die departement fisika aan UF.
"Hierdie spoed is vergelykbaar met dié van vorige generasie vinnige bevolkingsintese-kodes, maar met verbeterde akkuraatheid."
Bekendstelling van 'n nuwe model
POSYDON, 'n groot kode-ontwikkelingsprojek, staan vir POpulasie SYnthesis met Detailed binêre-evolusie simulatiONs. Kalogera en Tassos Fragos, 'n voormalige Ph.D. student in Kalogera se groep, is mede-hoofondersoekers van die projek, wat in 2019 by Northwestern begin het met ondersteuning van die Gordon en Betty Moore-stigting en die Switserse Nasionale Wetenskapstigting.
Fragos, nou by die Universiteit van Genève, is 'n mede-outeur van die studie. Die Universiteit van Florida het vanjaar by die samewerking aangesluit.
Vorige modelle het sekere aspekte oorskat, soos die uitbreiding van massiewe sterre, wat hul massaverlies en die binêre interaksies beïnvloed. Hierdie elemente is sleutelbestanddele wat die eienskappe van samesmelting van swart gate bepaal.
Danksy volledig selfkonsekwente gedetailleerde sterstruktuur- en binêre-interaksie-simulasies, bereik POSYDON meer akkurate voorspellings van samesmelting van binêre swartgat-eienskappe soos hul massas en spins.
Die navorsingspan is tans besig om 'n nuwe weergawe van POSYDON te ontwikkel, wat 'n groter biblioteek van gedetailleerde sterre- en binêre simulasies sal insluit, wat in staat is om binaries in 'n wyer reeks sterrestelseltipes te simuleer.
Bron: Noordwes-Universiteit
