Wetenschap
Simulatie van een zwart gat systeem in scheve toestand. Krediet:J.R. Touma, S. Tremaine, en MV Kazandjian
In het centrum van de melkweg, miljoenen sterren dwarrelen in banen rond een superzwaar zwart gat. Dit circuit kan een paar uur duren voor sterren dicht bij de waarnemingshorizon van het zwarte gat tot duizenden jaren voor hun verre buren. De aard van de dans - hoe de sterren collectief op elkaar inwerken door hun zwaartekracht - kan van melkwegstelsel tot melkwegstelsel verschillen.
In de krant, "Order-stoornis faseovergang in Black-Hole Star Clusters, " gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 12 juli, 2019, wetenschappers van het Institute for Advanced Study, Amerikaanse Universiteit van Beiroet, en de Universiteit Leiden hebben de eerste stappen gezet om inzicht te krijgen in de collectieve baanpatronen die ontstaan in sterrenhopen rond een superzwaar zwart gat. Door deze sterrenhopen te bestuderen en hoe ze evolueren, onderzoekers verzamelen nieuwe inzichten in het gedrag van superzware zwarte gaten en hun invloed op hun stellaire omgeving.
Gebaseerd op een reeks numerieke modellen en simulaties, het team heeft aangetoond dat sterrenclusters met een zwart gat een faseovergang kunnen ondergaan van een bolvormige toestand naar een scheve toestand wanneer ze worden afgekoeld tot onder een kritische dynamische temperatuur. Deze faseovergang, in zekere zin, is vergelijkbaar met de faseovergang die optreedt wanneer een vloeistof in een vaste stof verandert. Net zoals moleculen kunnen verschuiven van een wanordelijke vloeibare toestand naar een toestand waarin ze op hun plaats bevroren zijn, deze sterrenhopen zijn in staat om evenwicht te bereiken in een ongeordende (bolvormige) of een geordende (scheve) structuur, afhankelijk van hun eigenschappen en omgeving.
Gesimuleerde faseovergang van een zwart gatsysteem van sferische naar scheve toestand. Krediet:J.R. Touma, S. Tremaine, en MV Kazandjian
"Deze systemen vertonen verrassend rijk gedrag, met opmerkelijke parallellen met goed bestudeerde laboratoriumverschijnselen zoals bevriezing en ferromagnetisme, " verklaarde Scott Tremaine, Richard Black Professor aan het Institute for Advanced Study, een van de drie auteurs van het artikel. "Deze nieuwe fenomenen kunnen ons begrip van de omgeving van superzware zwarte gaten drastisch veranderen en ons vermogen om de snelheden en eigenschappen van superzware zwarte gatenfusies te begrijpen verbeteren, consumptie van sterren door zwarte gaten, en andere verschijnselen in de centra van sterrenstelsels."
Op opnamen van de Hubble Ruimtetelescoop van het nabije Andromedastelsel is een scheve nucleaire sterrenhoop te zien die een superzwaar zwart gat omgeeft. Anderzijds, ons eigen Melkwegstelsel en M 87 - onlangs in beeld gebracht door de Event Horizon Telescope - herbergen bolvormige clusters. Voor verder weg gelegen sterrenstelsels, de kernsterrenhopen zijn te klein om door bestaande telescopen in beeld te worden gebracht, maar de clustervormen kunnen tijdelijke gebeurtenissen die we kunnen waarnemen sterk beïnvloeden, zoals fakkels van door de getijden verstoorde sterren en zwaartekrachtsgolfsignalen van sterren die in een spiraal in het zwarte gat komen.
"Het huidige werk is op meer dan één manier, het hoogtepunt van ons onderzoeksprogramma naar de thermische eigenschappen van sterrenhopen met zwarte gaten. Het legt de basis voor het bestuderen van hun collectieve reactie op evolutionaire en omgevingsverstoringen, " verklaarde Jihad Touma, een andere van de auteurs van het artikel. "Wij zijn van mening dat de modelsystemen die we hebben geïdentificeerd en geanalyseerd realistisch en veelzijdig genoeg zijn om voor de zwaartekracht de rol te spelen die het Ising-model speelde en blijft spelen voor magnetisme."
Nader onderzoek naar de vorming en evolutie van kernsterrenhopen zal nodig zijn om te bepalen hoe vaak dit soort faseovergangen in de natuur voorkomen. Echter, de aanwezigheid van een scheef cluster in Andromeda, het dichtstbijzijnde grote buurstelsel van ons melkwegstelsel, suggereert dat dit een algemeen proces is in het universum.
Het onderzoeksteam bestaat uit Jihad Touma van de American University of Beirut en een voormalig IAS-lid en bezoeker (2007-09; 2013-14; 2017) in de School of Natural Sciences; Scott Tremaine van het Institute for Advanced Study; en Mher Kazandjian van de Universiteit Leiden.
Een link naar het document waarin de methoden van het team worden beschreven, is hier beschikbaar. Het team erkent het gebruik van IAS-computerfaciliteiten voor het uitvoeren van berekeningen die essentieel zijn voor hun werk.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com