Stellar-Mass Schwaarz Lächer sinn Himmelsobjekter, déi aus dem Zesummebroch vu Stäre gebuer sinn, mat Massen vun e puer bis niddereg honnertfach déi vun eiser Sonn. Hir Gravitatiounsfeld ass sou intensiv, datt weder Matière nach Stralung hinnen evitéiere kënnen, wat hir Detektioun extrem schwéier mécht.
Dofir, wann déi kleng Rëselen an der Raumzäit, déi duerch d'Fusioun vun zwee schwaarze Lächer produzéiert goufen, am Joer 2015 vum Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) festgestallt goufen, gouf et als Waasserscheiermoment ugesinn.
Laut Astrophysiker waren déi zwee fusionéierend schwaarz Lächer um Urspronk vum Signal ongeféier 30 Mol d'Mass vun der Sonn a leien 1.5 Milliarde Liichtjoer ewech.
LIGO Detektor Beam Tube - Illustratioun Foto. Bildkredit: Jeff Keyzer via Medal, CC BY-SA 2.0
Iwwerbréckungstheorie an Observatioun
Wéi eng Mechanismen produzéieren dës schwaarz Lächer? Sinn se d'Produkt vun der Evolutioun vun zwee Stären, ähnlech wéi eis Sonn awer däitlech méi massiv, déi sech an engem binäre System entwéckelen? Oder entstinn se aus schwaarze Lächer an dichtbevëlkerte Stärekéip, déi zoufälleg anenee lafen? Oder kéint e méi exotesche Mechanismus involvéiert sinn? All dës Froen ginn haut nach hefteg diskutéiert.
D'POSYDON Zesummenaarbecht, e Team vu Wëssenschaftler aus Institutiounen, dorënner Northwestern, der Universitéit vu Genf (UNIGE) an der Universitéit vu Florida (UF), huet bedeitend Schrëtt gemaach fir d'Simulatioun vu Binär-Stärepopulatiounen. Dës Aarbecht hëlleft méi genee Äntwerten ze bidden an theoretesch Prognosen mat Observatiounsdaten ze versöhnen.
"Well et onméiglech ass direkt d'Bildung vu fusionéierende binäre schwaarze Lächer ze beobachten, ass et néideg op Simulatiounen ze vertrauen, déi hir Observatiounseigenschaften reproduzéieren", sot d'Simone Bavera, eng Postdoctoral Fuerscherin am Departement Astronomie vun der UNIGE Fakultéit fir Wëssenschaften a Lead. Auteur vun der Etude.
"Mir maachen dat duerch Simulatioun vun de binäre Stäresystemer vun hire Gebuerten bis zur Bildung vun de binäre schwaarze Lachsystemer."
D'Konzept vun engem Kënschtler weist zwee fusionéierend schwaarz Lächer ähnlech wéi déi vum LIGO festgestallt. Credit: Aurore Simonnet/LIGO-Caltech-MIT-Sonoma State
Dréckt d'Limite vun der Simulatioun
D'Origine vun der Fusioun vun binäre schwaarze Lächer ze interpretéieren, sou wéi deen, deen am Joer 2015 observéiert gouf, erfuerdert d'Vergläiche vun theoretesch Modellprognosen mat aktuellen Observatiounen. D'Technik benotzt fir dës Systemer ze modelléieren ass bekannt als "binär Populatiounssynthese."
"Dës Technik simuléiert d'Evolutioun vun zéngdausende vu Millioune Binärstäresystemer fir d'statistesch Eegeschafte vun der resultéierender Gravitatiounswellequellbevëlkerung ze schätzen", sot den Anastasios Fragkos, Assistent Professer am Departement Astronomie an der UNIGE Fakultéit fir Wëssenschaften.
"Awer, fir dëst an engem raisonnabelen Zäitraum z'erreechen, hunn d'Fuerscher bis elo op Modeller vertraut, déi ongeféier Methode benotzen fir d'Evolutioun vun de Stären an hir binär Interaktiounen ze simuléieren", sot hien. "Dofir féiert d'Iwwervereinfachung vun enger eenzeger a binärer stellarer Physik zu manner genee Prognosen."
POSYDON huet dës Aschränkungen iwwerwonne. Entworf als Open-Source Software, benotzt se eng virberechent grouss Bibliothéik vun detailléierte Single- a Binär-Stär Simulatioune fir d'Evolutioun vun isoléierte binäre Systemer virauszesoen.
All eenzel vun dësen detailléierte Simulatioune kënne bis zu 100 Zentralveraarbechtungseenheet (CPU) Stonnen daueren fir op engem Supercomputer ze lafen, sou datt dës Simulatiounstechnik net direkt applicabel ass fir d'binär Populatiounssynthese.
"Awer, andeems Dir eng Bibliothéik vu Simulatioune virbereet, déi de ganze Parameterraum vun den initialen Bedéngungen ofdecken, kann POSYDON dës extensiv Dataset zesumme mat Maschinnléieremethoden benotzen fir déi komplett Evolutioun vu binäre Systemer a manner wéi enger Sekonn virauszesoen", sot de Jeffrey Andrews, Assistent. Professer am Departement Physik um UF.
"Dës Geschwindegkeet ass vergläichbar mat der vun der fréierer Generatioun séier Populatioun Synthese Coden, awer mat verbessert Genauegkeet."
Aféierung vun engem neie Modell
POSYDON, e grousse Code Entwécklungsprojet, steet fir POpulatioun SYnthesis mat Detailed Binär-Evolutioun SimulatiounONs. Kalogera an Tassos Fragos, engem fréiere Ph.D. Student am Kalogera Grupp, sinn Co-Haaptenquêteuren vum Projet, deen am Nordwesten am Joer 2019 ugefaang huet mat Ënnerstëtzung vun der Gordon a Betty Moore Foundation an der Schwäizer National Science Foundation.
Fragos, elo mat der Universitéit vu Genf, ass e Co-Autor vun der Studie. D'Universitéit vu Florida huet dëst Joer d'Zesummenaarbecht matgemaach.
Virdrun Modeller hunn verschidden Aspekter iwwerschätzt, wéi zum Beispill d'Ausdehnung vu massive Stären, wat hire Masseverloscht an d'binär Interaktiounen beaflosst. Dës Elementer si Schlëssel Zutaten, déi d'Eegeschafte vun der Fusioun vu schwaarze Lächer bestëmmen.
Dank voll selbstkonsistent detailléierte Stärestruktur a Binär-Interaktiounssimulatiounen, erreecht POSYDON méi genee Prognosen fir d'Fusioun vun binäre schwaarze Lach Eegeschafte wéi hir Massen a Spinn.
D'Fuerschungsteam entwéckelt de Moment eng nei Versioun vu POSYDON, déi eng méi grouss Bibliothéik vun detailléierte stellar a binäre Simulatioune enthält, fäeg Binären an enger méi breet Palette vu Galaxientypen ze simuléieren.
Source: nordwestlechen Universitéit
