ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელები არის ციური ობიექტები, რომლებიც წარმოიქმნება ვარსკვლავების კოლაფსის შედეგად, რომელთა მასა რამდენიმედან დაბალ ასჯერ აღემატება ჩვენს მზეს. მათი გრავიტაციული ველი იმდენად ინტენსიურია, რომ ვერც მატერია და ვერც რადიაცია ვერ აცილებენ მათ, რაც ართულებს მათ აღმოჩენას.
ამიტომ, როდესაც 2015 წელს ლაზერული ინტერფერომეტრის გრავიტაციული ტალღის ობსერვატორიამ (LIGO) აღმოაჩინა სივრცე-დროში არსებული პაწაწინა ტალღები, რომლებიც წარმოიქმნება ორი შავი ხვრელის შერწყმის შედეგად, იგი შეფასდა, როგორც წყალგამყოფი მომენტი.
ასტროფიზიკოსების აზრით, სიგნალის წარმოშობის ორი შერწყმული შავი ხვრელი მზის მასაზე დაახლოებით 30-ჯერ აღემატებოდა და 1.5 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე მდებარეობს.
LIGO დეტექტორის სხივის მილი – საილუსტრაციო ფოტო. სურათის კრედიტი: Jeff Keyzer via Flickr, CC BY-SA 2.0
ხიდის თეორია და დაკვირვება
რა მექანიზმები წარმოქმნის ამ შავ ხვრელებს? არიან თუ არა ისინი ორი ვარსკვლავის ევოლუციის პროდუქტი, რომლებიც ჩვენი მზის მსგავსია, მაგრამ მნიშვნელოვნად უფრო მასიური, რომლებიც ვითარდება ორობით სისტემაში? თუ ისინი წარმოიქმნება შავი ხვრელებისგან მჭიდროდ დასახლებულ ვარსკვლავურ გროვებში, რომლებიც შემთხვევით ეშვებიან ერთმანეთს? ან შეიძლება უფრო ეგზოტიკური მექანიზმი იყოს ჩართული? ყველა ეს კითხვა დღესაც მწვავე განხილვის საგანია.
POSYDON-ის თანამშრომლობამ, მეცნიერთა ჯგუფმა ინსტიტუტებიდან, მათ შორის ჩრდილო-დასავლეთის, ჟენევის უნივერსიტეტისა (UNIGE) და ფლორიდის უნივერსიტეტის (UF), მნიშვნელოვანი ნაბიჯები გადადგა ორობითი ვარსკვლავების პოპულაციების სიმულაციაში. ეს ნამუშევარი ხელს უწყობს უფრო ზუსტი პასუხების გაცემას და თეორიული პროგნოზების დაკვირვების მონაცემებთან შეჯერებას.
„რადგან შეუძლებელია პირდაპირი დაკვირვება ორობითი შავი ხვრელების შერწყმის ფორმირებაზე, აუცილებელია დაეყრდნო სიმულაციებს, რომლებიც ამრავლებენ მათ დაკვირვების თვისებებს“, - თქვა სიმონ ბავერამ, UNIGE-ს მეცნიერებათა ფაკულტეტის ასტრონომიის განყოფილების პოსტდოქტორანტმა. კვლევის ავტორი.
ჩვენ ამას ვაკეთებთ ორობითი ვარსკვლავური სისტემების სიმულირებით მათი დაბადებიდან ორობითი შავი ხვრელების სისტემების ჩამოყალიბებამდე.
მხატვრის კონცეფცია გვიჩვენებს LIGO-ს მიერ აღმოჩენილი ორი შავი ხვრელის შერწყმას. კრედიტი: Aurore Simonnet/LIGO-Caltech-MIT-Sonoma State
სიმულაციის საზღვრების გადალახვა
ორობითი შავი ხვრელების შერწყმის წარმოშობის ინტერპრეტაცია, როგორიცაა 2015 წელს დაფიქსირებული, მოითხოვს თეორიული მოდელის პროგნოზების რეალურ დაკვირვებებთან შედარებას. ამ სისტემების მოდელირებისთვის გამოყენებული ტექნიკა ცნობილია როგორც "ორობითი პოპულაციის სინთეზი".
„ეს ტექნიკა ახდენს ათობით მილიონი ბინარული ვარსკვლავური სისტემის ევოლუციის სიმულაციას, რათა შეფასდეს მიღებული გრავიტაციული ტალღის წყაროს პოპულაციის სტატისტიკური თვისებები“, — თქვა ანასტასიოს ფრაგკოსმა, ასისტენტ პროფესორმა UNIGE მეცნიერებათა ფაკულტეტის ასტრონომიის განყოფილებაში.
”თუმცა, ამის მისაღწევად გონივრულ ვადებში, მკვლევარები აქამდე ეყრდნობოდნენ მოდელებს, რომლებიც იყენებენ სავარაუდო მეთოდებს ვარსკვლავების ევოლუციისა და მათი ორობითი ურთიერთქმედების სიმულაციისთვის,” - თქვა მან. ”აქედან გამომდინარე, ერთჯერადი და ორობითი ვარსკვლავური ფიზიკის ზედმეტად გამარტივება იწვევს ნაკლებად ზუსტ პროგნოზებს.”
POSYDON-მა გადალახა ეს შეზღუდვები. შექმნილია როგორც ღია კოდის პროგრამული უზრუნველყოფა, ის იყენებს წინასწარ გამოთვლილ დიდ ბიბლიოთეკას დეტალური ერთი და ორობითი ვარსკვლავის სიმულაციების იზოლირებული ორობითი სისტემების ევოლუციის პროგნოზირებისთვის.
თითოეულ ამ დეტალურ სიმულაციას შეიძლება დასჭირდეს 100-მდე ცენტრალური დამუშავების ერთეულის (CPU) საათი სუპერკომპიუტერზე გასაშვებად, რაც ამ სიმულაციის ტექნიკას პირდაპირ არ გამოიყენებს ბინარული პოპულაციის სინთეზისთვის.
„თუმცა, სიმულაციების ბიბლიოთეკის წინასწარ გამოთვლით, რომელიც მოიცავს საწყისი პირობების მთელ პარამეტრულ სივრცეს, POSYDON-ს შეუძლია გამოიყენოს ეს ვრცელი მონაცემთა ნაკრები მანქანათმცოდნეობის მეთოდებთან ერთად, რათა წინასწარ განსაზღვროს ბინარული სისტემების სრული ევოლუცია წამზე ნაკლებ დროში“, - თქვა ჯეფრი ენდრიუსმა, ასისტენტმა. UF-ის ფიზიკის განყოფილების პროფესორი.
”ეს სიჩქარე შედარებულია წინა თაობის მოსახლეობის სწრაფი სინთეზის კოდების სიჩქარესთან, მაგრამ გაუმჯობესებული სიზუსტით.”
წარმოგიდგენთ ახალ მოდელს
პოსიდონი, ძირითადი კოდის განვითარების პროექტი, დგას POპულაცია SYნთეზისთან ერთად Dორობითი ევოლუციის სიმულაციებიONს. კალოგერა და ტასოს ფრაგოსი, ყოფილი დოქტორი. კალოგერას ჯგუფში სტუდენტები არიან პროექტის თანამმართველი მკვლევარები, რომელიც დაიწყო ჩრდილო-დასავლეთში 2019 წელს გორდონ და ბეტი მურის ფონდისა და შვეიცარიის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მხარდაჭერით.
ფრაგოსი, ახლა ჟენევის უნივერსიტეტთან ერთად, არის კვლევის თანაავტორი. წელს ფლორიდის უნივერსიტეტი შეუერთდა თანამშრომლობას.
წინა მოდელები გადაჭარბებულად აფასებდნენ გარკვეულ ასპექტებს, როგორიცაა მასიური ვარსკვლავების გაფართოება, რაც გავლენას ახდენს მათ მასის დაკარგვაზე და ორობით ურთიერთქმედებებზე. ეს ელემენტები არის ძირითადი ინგრედიენტები, რომლებიც განსაზღვრავენ შავი ხვრელების შერწყმის თვისებებს.
ვარსკვლავური სტრუქტურისა და ორობითი ურთიერთქმედების სრულად თვითშეთანხმებული დეტალური სიმულაციების წყალობით, POSYDON აღწევს ორობითი შავი ხვრელის თვისებების შერწყმის უფრო ზუსტ პროგნოზებს, როგორიცაა მათი მასები და ტრიალები.
კვლევითი ჯგუფი ამჟამად ავითარებს POSYDON-ის ახალ ვერსიას, რომელიც მოიცავს დეტალური ვარსკვლავური და ორობითი სიმულაციების უფრო დიდ ბიბლიოთეკას, რომელსაც შეუძლია ბინარების სიმულაცია გალაქტიკების უფრო ფართო სპექტრში.
