Njihuni me vrimat e zeza të masës së ndërmjetme 'të lehta', 'parrat' më misterioze të vrimave të zeza supermasive

Vrimat e zeza janë objekte astronomike të mëdha, masive, të çuditshme dhe jashtëzakonisht të fuqishme. Shkencëtarët e dinë se vrimat e zeza supermasive qëndrojnë në qendër të shumicës së galaktikave.

Shkencëtarët gjithashtu kuptojnë se si disa yje formojnë vrima të zeza me masë yjore më të vogël kur përfundojnë jetën e tyre. Kuptimi i mënyrës se si vrimat e zeza me masë yjore më të vogël mund të bëhen vrima të zeza supermasive do t'u ndihmonte astronomëve të mësonin rreth si rritet dhe evoluon Universi.

Por ka një çështje të hapur në kërkimin për vrimat e zeza: Dhe vrimat e zeza me masa të ndërmjetme? Ato janë shumë më të vështira për t'u gjetur sesa “parnajat” e tyre yjore dhe supermasive, me madhësi që ndryshojnë nga disa qindra deri në disa qindra mijëra herë masën e Diellit.

Jemi një ekip i astronomëve që po kërkojnë për këto quajtur burime të mesme të zezakëve. Në një artikull të ri, dy prej nesh (Krystal dhe Karan) u bashkuan me një grup shkencëtarësh, duke përfshirë kërkuesen e pasdoktoraturës Anjali Yelikar, për të vëzhguar valë në hapësirë-kozmike dhe për të identifikuar disa prej këtyre të fshehtave të zezakëve duke u bashkuar.

Loja e valëve gravitacionale

Për të pasur një ide se si shkencëtarët zbulojnë burime të zezakëve me masë yjore, imagjinoni se jeni në një lojë bejsbolli, duke u ulur drejtpërdrejt pas një kolone të madhe prej betoni dhe nuk mund të shihni fushën. Madje, tifozeria është e zhurmshme, kështu që është pothuajse e pamundur të shihni ose dëgjoni lojën.

Por ju jeni një shkencëtar, kështu që përdorni një mikrofon të cilësisë së lartë dhe kompjuterin tuaj dhe shkruani një algoritëm që mund të marrë të dhëna audio dhe të ndajë zhurmën e turmës nga “goditja” e një shkopi që godet topin.

Ju filloni të regjistroni dhe, me praktikë të mjaftueshme dhe përditësime të harduerit dhe softuerit tuaj, mund të filloni të ndiqni lojën, duke kuptuar kur një top goditet, në cilën drejtim shkon, kur godet një dorë, ku këmbët e lojtarëve godasin tokën dhe shumë më tepër.

Është e sigurt që kjo është një mënyrë sfiduese për të ndjekur një lojë bejsbolli. Por, ndryshe nga bejsbolli, kur shikojmë Universin, ndonjëherë mënyra sfiduese është e vetmja që kemi.

Ky parim i regjistrimit të zërit dhe përdorimit të algoritmeve kompjuterikë për të izoluar disa valë zanore për të përcaktuar se çfarë janë dhe nga vijnë është i ngjashëm me mënyrën si studiuesit si ne studiojnë valët gravitacionale. Valët gravitacionale janë valë në hapësirë-kozmike që na lejojnë të vëzhgojmë objekte si të zezakët.

Tani imagjinoni të implementoni një algoritëm të ndryshëm të zërit, ta testoni gjatë disa hyrjeve të lojës së bejsbollit dhe të gjeni një goditje të veçantë që asnjë kombinim i ligjshëm i shufrave dhe topave nuk mund të kishte prodhuar. Imagjinoni që të dhënat sugjeronin se topi ishte më i madh dhe më i rëndë se sa një top i ligjshëm i bejsbollit mund të ishte. Nëse artikulli ynë do të ishte për një lojë bejsbolli në vend të valëve gravitacionale, kjo është ajo që do të kishim zbuluar.

Dëgjimi i valëve gravitacionale

Ndërsa pajisja e regjistrimit të bejsbollit është projektuar posaçërisht për të dëgjuar tingujt e një loje bejsbolli, shkencëtarët përdorin një observator të specializuar të quajtur Observatori i Valëve Gravitacionale për Interferometrin Laser (LIGO, në shkurtim në anglisht) për vëzhgimin e “zërit” të bashkimit të dy vrimave të zeza në Universin përtej.

Shkencëtarët kërkojnë valët gravitacionale që mund të maten me LIGO, i cili ka një nga lazërat dhe sistemet optike më të avancuara që janë krijuar ndonjëherë.

Në çdo ngjarje, dy holla të zeza “prindër” bashkohen në një vrimë të zezë më të madhe. Duke përdorur të dhënat nga LIGO, shkencëtarët mund të zbulojnë ku dhe sa larg ndodhi bashkimi, cila është masa e holla të zeza “prind” dhe e vrimës së zezë që rezulton, në cilën drejtim në qiell ndodhi bashkimi dhe detaje të tjera të rëndësishme.

Shumica e madhe e vrimave te origjinal te ngjarjeve te bashkimi formohen nga yje qe kane perfunduar jeten e tyre – keto jane vrima te zeza me mase yjore.

Një boshllëk në masat e vrimave të zeza

Nuk çdo yll në fund të jetës së tij krijon një vrimë të zezë me masë yjore. Ata që e bëjnë zakonisht kanë ndërmjet 20 dhe 100 herë masën e Diellit. Por, për shkak të fizikës së kompleksuar bërthamore, yjet me të vërtetë shumë të mëdhenj shpërthejnë në mënyra të ndryshme dhe nuk lënë asnjë mbetje pas, vrima të zeza ose objekte të tjera.

Kjo fizikë krijon atë që quajmë “luka e masës” në vrimat e zeza. Një vrimë e zezë më e vogël me siguri u formua nga një yll i vdekur. Por e dimë që një vrimë e zezë më e madhe se rreth 60 herë masa e Diellit, edhe pse nuk është një vrimë e zezë super-masive, është ende shumë e madhe për t’u formuar drejtpërdrejt nga një yll i vdekur.

Kufiri i saktë për lukën e masës ende është pak i pasaktë, dhe shumë astrofizikë po punojnë në matje më të sakta. Megjithatë, jemi të sigurt se lukat e masës ekzistojnë dhe jemi pranë kufirit.

Ne i quajmë vrimat e zeza në këtë luk vrima të zeza të masës së ndërmjetme të lehta (IMBHs të lehta) sepse janë vrimat e zeza më pak të masive që presim të ekzistojnë nga burime të ndryshme yjesh të vdekur. Ato nuk konsiderohen më vrima të zeza të masës së yllit.

Të quajtur “të ndërmjetme” gjithashtu nuk përshkruan mirë arsyen pse janë të veçantë. Ato janë të veçanta sepse janë shumë më të vështira për t’u gjetur, astronomët ende nuk janë të sigurt se cilat ngjarje astronomike mund t’i krijojnë ato dhe sepse plotësojnë një boshllëk në njohuritë mbi mënyrën se si rritet dhe evoluon Universi.

Dëshmi për IMBHs të lehta

Në kërkimin tonë, analizuam 11 ngjarje kandidatë për t’u bërë bashkim i vrimave të zeza nga runda e tretë e vëzhgimeve të LIGO-s. Këto kandidatë ishin shenja të valëve gravitacionale që dukej se ishin premtuese, por ende kishin nevojë për analiza më të sakta për t’u konfirmuar.

Të dhënat sugjeruan që, për 11 që analizuam, vrima e zezë përfundimtare pas bashkimit mund të kishte qenë në gamën e IMBHs të lehta. Gjetëm pesë vrima të zeza pas bashkimit që analiza jonë i konsideroi me 90% besueshmëri si IMBHs të lehta.

Më e rëndësishmja, zbuluam që një nga ngjarjet kishte një “prind” vrimë të zezë që ishte në gamën e lukës së masës, dhe dy kishin prindër vrima të zeza që ishin mbi gamën e lukës së masës. Siç e dimë që këto vrima të zeza nuk mund të rezultojnë drejtpërdrejt nga kolapsi i yjeve, kjo zbulim sugjeron që Universi ka një mënyrë tjetër për të krijuar vrima të zeza kaq të mëdha.

Një vrimë e zezë “prind” kaq e madhe mund të jetë tashmë produkt i dy vrimave të zeza të tjera që janë bashkuar në të kaluarën, prandaj, vëzhgimi i më shumë IMBH-ve mund të na ndihmojë të kuptojmë sa shpesh vrimat e zeza janë në gjendje të “gjejnë” njëra-tjetrën dhe të bashkohen në Univers.

O LIGO është në fazën përfundimtare të seria e katërt e vëzhgimeve. Për shkak se kjo punë përdori të dhëna nga runda e tretë e vëzhgimeve, jemi të entuziazmuar të aplikojmë analizën tonë në këtë grup të ri të të dhënave. Presim të vazhdojmë kërkimin e IMBH-ve të lehtë dhe, me këto të dhëna të reja, të përmirësojmë kuptimin tonë se si “të dëgjojmë” me më shumë besim këto shenja të vrimave të zeza më të mëdha mbi të gjithë zhurmën.

Presim që kjo punë jo vetëm të forcojë hipotezën e IMBH-ve të lehtë në përgjithësi, por gjithashtu të ndihmojë në sqarimin se si ato formohen.