Credit: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
Op 21 mei 2019 detecteerde de LIGO/Virgo zwaartekrachtdetector in de VS en Italië zwaartekrachtgolven, die de naam GW190521 kregen (hij trilde hier ook al vier keer door de Astroblogs heen). Het signaal van de zwaartekrachtgolven was erg sterk en dat kwam omdat de bron gelegen was in de botsing en samensmelting van twee heel zware zwarte gaten op 17 miljard lichtjaar afstand, de een 66 keer zo zwaar als de zon, de ander zelfs 85 keer zo zwaar als de zon – de zwaarste botsing van zwarte gaten ooit waargenomen. Het resultaat was een nieuw zwart gat van 142 zonsmassa. De goede rekenaar ziet dat 66 + 85 = 151, da’s 9 zonsmassa meer. Klopt als een bus, dat verschil werd in een fractie van een seconde in de vorm van die zwaartekrachtgolven – feitelijk rimpels in de ruimtetijd – uitgestraald. Recent onderzoek door sterrenkundigen van het Rochester Institute of Technology en de Universiteit van Florida laat nu zien dat de twee zwarte gaten die samensmolten bij GW190521 vermoedelijk sterk excentrische (langgerekte) banen hadden.
Ellipses met verschillende excentriciteiten. Als de excentriciteit=0 dan is de ellips een cirkel.
Dat zwarte gaten in zo’n baan om elkaars middelpunt draaien wijst er op dat de zwarte gaten zelf het resultaat waren van eerdere botsingen en samensmeltingen en dat ze pas na een tijd in elkaars gravitationele invloedsfeer kwamen. Dat kan hooguit gebeuren in gebieden waar zeer veel sterren op een kluitje zitten, zoals in de centra van sterrenstelsels. Stellaire zwarte gaten die ontstaan vanuit zware sterren kunnen volgens de modellen nooit zo zwaar worden als de exemplaren die GW190521 produceerden, maar als die zwarte gaten dus zelf ook weer het product zijn van eerdere samensmeltingen kan dat wel. Sterrenkundigen noemen dat ook wel hiërarchische zwarte gaten en met GW150521 lijkt het erop dat ze die gevonden hebben.
Artistieke impressie van botsende zwarte gaten. Credit: Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)
Mogelijk is er van GW190521 een elektromagnetisch signaal gezien, welke is waargenomen door de Zwicky Transient Facility. Met behulp daarmee hebben ze een schatting gemaakt van de afstand tot het sterrenstelsel waarin GW190521 plaatvond en daarmee van de Hubble constante, de constante die een maat is voor de uitdijingssnelheid van het heelal. De uitkomst is H0=68,8 km s-¹Mpc-¹, in overeenstemming met de ‘lage’ schatting door Planck gemaakt is, zie de discussie rondom de Hubble-spanning.
Vakartikelen
- V. Gayathri et al, Eccentricity estimate for black hole mergers with numerical relativity simulations, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-021-01568-w
- V. Gayathri et al, Measuring the Hubble Constant with GW190521 as an Eccentric black hole Merger and Its Potential Electromagnetic Counterpart, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/abe388
Bron: Rochester Institute.
