Studi: Tanpa lebih banyak data, asal-usul lubang hitam dapat "dipintal" ke segala arah
Petunjuk tentang asal-usul lubang hitam dapat ditemukan dalam cara berputar. Ini terutama berlaku untuk binari, di mana dua lubang hitam saling berdekatan sebelum bergabung. Putaran dan kemiringan lubang hitam masing-masing tepat sebelum mereka bergabung dapat mengungkapkan apakah raksasa tak terlihat muncul dari cakram galaksi yang tenang atau sekelompok bintang yang lebih dinamis.
Para astronom berharap untuk menggoda cerita asal mana yang lebih mungkin dengan menganalisis 69 binari yang dikonfirmasi yang terdeteksi hingga saat ini. Tetapi sebuah studi baru menemukan bahwa untuk saat ini, katalog binari saat ini tidak cukup untuk mengungkapkan sesuatu yang mendasar tentang bagaimana lubang hitam terbentuk.
Dalam sebuah penelitian yang muncul di jurnalAstronomy and Astrophysics Letters, fisikawan MIT menunjukkan bahwa ketika semua binari yang diketahui dan putarannya dikerjakan menjadi model pembentukan lubang hitam, kesimpulannya dapat terlihat sangat berbeda, tergantung pada model tertentu yang digunakan untuk menafsirkan data.
Oleh karena itu, asal-usul lubang hitam dapat "dipintal" dengan cara yang berbeda, tergantung pada asumsi model tentang bagaimana alam semesta bekerja.
"Ketika Anda mengubah model dan membuatnya lebih fleksibel atau membuat asumsi yang berbeda, Anda mendapatkan jawaban yang berbeda tentang bagaimana lubang hitam terbentuk di alam semesta," kata rekan penulis studi Sylvia Biscoveanu, seorang mahasiswa pascasarjana MIT yang bekerja di Laboratorium LIGO. "Kami menunjukkan bahwa orang-orang perlu berhati-hati karena kami belum berada pada tahap dengan data kami di mana kami dapat mempercayai apa yang dikatakan model kepada kami."
Rekan penulis studi ini termasuk Colm Talbot, seorang postdoc MIT; dan Salvatore Vitale, seorang profesor fisika dan anggota Institut Astrofisika dan Penelitian Luar Angkasa Kavli di MIT.
Kisah dua asal
Lubang hitam dalam sistem biner diperkirakan muncul melalui salah satu dari dua jalur. Yang pertama adalah melalui "evolusi biner medan," di mana dua bintang berevolusi bersama dan akhirnya meledak dalam supernova, meninggalkan dua lubang hitam yang terus berputar-putar dalam sistem biner. Dalam skenario ini, lubang hitam seharusnya memiliki putaran yang relatif sejajar, karena mereka akan punya waktu — pertama sebagai bintang, lalu lubang hitam — untuk menarik dan menarik satu sama lain ke dalam orientasi yang sama. Jika lubang hitam biner memiliki putaran yang kira-kira sama, para ilmuwan percaya mereka pasti telah berevolusi di lingkungan yang relatif tenang, seperti piringan galaksi.
Binari lubang hitam juga dapat terbentuk melalui "perakitan dinamis," di mana dua lubang hitam berevolusi secara terpisah, masing-masing dengan kemiringan dan putaran yang berbeda. Oleh beberapa proses astrofisika ekstrem, lubang hitam akhirnya disatukan, cukup dekat untuk membentuk sistem biner. Pasangan dinamis seperti itu kemungkinan akan terjadi bukan di piringan galaksi yang tenang, tetapi di lingkungan yang lebih padat, seperti gugus bola, di mana interaksi ribuan bintang dapat menyatukan dua lubang hitam. Jika lubang hitam biner memiliki putaran berorientasi acak, mereka kemungkinan terbentuk dalam gugus bola.
Tetapi pecahan binari apa yang terbentuk melalui satu saluran versus yang lain? Jawabannya, para astronom percaya, harus terletak pada data, dan khususnya, pengukuran putaran lubang hitam.
Hingga saat ini, para astronom telah memperoleh putaran lubang hitam di 69 binari, yang telah ditemukan oleh jaringan detektor gelombang gravitasi termasuk LIGO di AS, dan mitranya dari Italia, Virgo. Setiap detektor mendengarkan tanda-tanda gelombang gravitasi — gema yang sangat halus melalui ruang-waktu yang tersisa dari peristiwa astrofisika yang ekstrem seperti penggabungan lubang hitam besar.
Dengan setiap deteksi biner, para astronom telah memperkirakan sifat lubang hitam masing-masing, termasuk massa dan putarannya. Mereka telah mengerjakan pengukuran putaran menjadi model pembentukan lubang hitam yang diterima secara umum, dan menemukan tanda-tanda bahwa binari dapat memiliki putaran yang lebih disukai, sejajar, serta putaran acak. Artinya, alam semesta dapat menghasilkan binari di cakram galaksi dan gugus bola.
"Tapi kami ingin tahu, apakah kami memiliki cukup data untuk membuat perbedaan ini?" Biscoveanu mengatakan. "Dan ternyata, semuanya berantakan dan tidak pasti, dan itu lebih sulit daripada yang terlihat."
Memutar data
Dalam studi baru mereka, tim MIT menguji apakah data yang sama akan menghasilkan kesimpulan yang sama ketika bekerja ke dalam model teoritis yang sedikit berbeda tentang bagaimana lubang hitam terbentuk.
Tim pertama kali mereproduksi pengukuran putaran LIGO dalam model pembentukan lubang hitam yang banyak digunakan. Model ini mengasumsikan bahwa sebagian kecil binari di alam semesta lebih suka menghasilkan lubang hitam dengan putaran sejajar, di mana sisa binari memiliki putaran acak. Mereka menemukan bahwa data tampaknya setuju dengan asumsi model ini dan menunjukkan puncak di mana model memperkirakan akan ada lebih banyak lubang hitam dengan putaran serupa.
Mereka kemudian sedikit mengubah model, mengubah asumsinya sehingga memprediksi orientasi yang sedikit berbeda dari putaran lubang hitam yang disukai. Ketika mereka mengerjakan data yang sama ke dalam model tweak ini, mereka menemukan data bergeser untuk sejalan dengan prediksi baru. Data juga membuat pergeseran serupa di 10 model lain, masing-masing dengan asumsi berbeda tentang bagaimana lubang hitam lebih suka berputar.
"Makalah kami menunjukkan bahwa hasil Anda sepenuhnya bergantung pada bagaimana Anda memodelkan astrofisika Anda, daripada data itu sendiri," kata Biscoveanu.
"Kami membutuhkan lebih banyak data daripada yang kami kira, jika kami ingin membuat klaim yang independen dari asumsi astrofisika yang kami buat," tambah Vitale.
Berapa banyak lagi data yang dibutuhkan para astronom? Vitale memperkirakan bahwa setelah jaringan LIGO dimulai kembali pada awal 2023, instrumen akan mendeteksi satu biner lubang hitam baru setiap beberapa hari. Selama tahun depan, itu bisa menambahkan hingga ratusan pengukuran lagi untuk ditambahkan ke data.
"Pengukuran putaran yang kami miliki sekarang sangat tidak pasti," kata Vitale. "Tapi saat kita membangun banyak dari mereka, kita bisa mendapatkan informasi yang lebih baik. Kemudian kita dapat mengatakan, tidak peduli detail model saya, data selalu memberi tahu saya cerita yang sama — sebuah cerita yang kemudian dapat kami percayai."
Penelitian ini didukung sebagian oleh National Science Foundation.
###
Latar belakang tambahan
Kertas: "Putar sesuka Anda: (kurangnya) pengukuran
distribusi kemiringan putaran dengan lubang hitam biner LIGO-Virgo-KAGRA"
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/12/aa45084-22/aa45084-22.html
Petunjuk tentang asal-usul lubang hitam dapat ditemukan dalam cara berputar. Ini terutama berlaku untuk binari, di mana dua lubang hitam saling berdekatan sebelum bergabung. Putaran dan kemiringan lubang hitam masing-masing tepat sebelum mereka bergabung dapat mengungkapkan apakah raksasa tak terlihat muncul dari cakram galaksi yang tenang atau sekelompok bintang yang lebih dinamis.
Para astronom berharap untuk menggoda cerita asal mana yang lebih mungkin dengan menganalisis 69 binari yang dikonfirmasi yang terdeteksi hingga saat ini. Tetapi sebuah studi baru menemukan bahwa untuk saat ini, katalog binari saat ini tidak cukup untuk mengungkapkan sesuatu yang mendasar tentang bagaimana lubang hitam terbentuk.
Dalam sebuah penelitian yang muncul di jurnalAstronomy and Astrophysics Letters, fisikawan MIT menunjukkan bahwa ketika semua binari yang diketahui dan putarannya dikerjakan menjadi model pembentukan lubang hitam, kesimpulannya dapat terlihat sangat berbeda, tergantung pada model tertentu yang digunakan untuk menafsirkan data.
Oleh karena itu, asal-usul lubang hitam dapat "dipintal" dengan cara yang berbeda, tergantung pada asumsi model tentang bagaimana alam semesta bekerja.
"Ketika Anda mengubah model dan membuatnya lebih fleksibel atau membuat asumsi yang berbeda, Anda mendapatkan jawaban yang berbeda tentang bagaimana lubang hitam terbentuk di alam semesta," kata rekan penulis studi Sylvia Biscoveanu, seorang mahasiswa pascasarjana MIT yang bekerja di Laboratorium LIGO. "Kami menunjukkan bahwa orang-orang perlu berhati-hati karena kami belum berada pada tahap dengan data kami di mana kami dapat mempercayai apa yang dikatakan model kepada kami."
Rekan penulis studi ini termasuk Colm Talbot, seorang postdoc MIT; dan Salvatore Vitale, seorang profesor fisika dan anggota Institut Astrofisika dan Penelitian Luar Angkasa Kavli di MIT.
Kisah dua asal
Lubang hitam dalam sistem biner diperkirakan muncul melalui salah satu dari dua jalur. Yang pertama adalah melalui "evolusi biner medan," di mana dua bintang berevolusi bersama dan akhirnya meledak dalam supernova, meninggalkan dua lubang hitam yang terus berputar-putar dalam sistem biner. Dalam skenario ini, lubang hitam seharusnya memiliki putaran yang relatif sejajar, karena mereka akan punya waktu — pertama sebagai bintang, lalu lubang hitam — untuk menarik dan menarik satu sama lain ke dalam orientasi yang sama. Jika lubang hitam biner memiliki putaran yang kira-kira sama, para ilmuwan percaya mereka pasti telah berevolusi di lingkungan yang relatif tenang, seperti piringan galaksi.
Binari lubang hitam juga dapat terbentuk melalui "perakitan dinamis," di mana dua lubang hitam berevolusi secara terpisah, masing-masing dengan kemiringan dan putaran yang berbeda. Oleh beberapa proses astrofisika ekstrem, lubang hitam akhirnya disatukan, cukup dekat untuk membentuk sistem biner. Pasangan dinamis seperti itu kemungkinan akan terjadi bukan di piringan galaksi yang tenang, tetapi di lingkungan yang lebih padat, seperti gugus bola, di mana interaksi ribuan bintang dapat menyatukan dua lubang hitam. Jika lubang hitam biner memiliki putaran berorientasi acak, mereka kemungkinan terbentuk dalam gugus bola.
Tetapi pecahan binari apa yang terbentuk melalui satu saluran versus yang lain? Jawabannya, para astronom percaya, harus terletak pada data, dan khususnya, pengukuran putaran lubang hitam.
Hingga saat ini, para astronom telah memperoleh putaran lubang hitam di 69 binari, yang telah ditemukan oleh jaringan detektor gelombang gravitasi termasuk LIGO di AS, dan mitranya dari Italia, Virgo. Setiap detektor mendengarkan tanda-tanda gelombang gravitasi — gema yang sangat halus melalui ruang-waktu yang tersisa dari peristiwa astrofisika yang ekstrem seperti penggabungan lubang hitam besar.
Dengan setiap deteksi biner, para astronom telah memperkirakan sifat lubang hitam masing-masing, termasuk massa dan putarannya. Mereka telah mengerjakan pengukuran putaran menjadi model pembentukan lubang hitam yang diterima secara umum, dan menemukan tanda-tanda bahwa binari dapat memiliki putaran yang lebih disukai, sejajar, serta putaran acak. Artinya, alam semesta dapat menghasilkan binari di cakram galaksi dan gugus bola.
"Tapi kami ingin tahu, apakah kami memiliki cukup data untuk membuat perbedaan ini?" Biscoveanu mengatakan. "Dan ternyata, semuanya berantakan dan tidak pasti, dan itu lebih sulit daripada yang terlihat."
Memutar data
Dalam studi baru mereka, tim MIT menguji apakah data yang sama akan menghasilkan kesimpulan yang sama ketika bekerja ke dalam model teoritis yang sedikit berbeda tentang bagaimana lubang hitam terbentuk.
Tim pertama kali mereproduksi pengukuran putaran LIGO dalam model pembentukan lubang hitam yang banyak digunakan. Model ini mengasumsikan bahwa sebagian kecil binari di alam semesta lebih suka menghasilkan lubang hitam dengan putaran sejajar, di mana sisa binari memiliki putaran acak. Mereka menemukan bahwa data tampaknya setuju dengan asumsi model ini dan menunjukkan puncak di mana model memperkirakan akan ada lebih banyak lubang hitam dengan putaran serupa.
Mereka kemudian sedikit mengubah model, mengubah asumsinya sehingga memprediksi orientasi yang sedikit berbeda dari putaran lubang hitam yang disukai. Ketika mereka mengerjakan data yang sama ke dalam model tweak ini, mereka menemukan data bergeser untuk sejalan dengan prediksi baru. Data juga membuat pergeseran serupa di 10 model lain, masing-masing dengan asumsi berbeda tentang bagaimana lubang hitam lebih suka berputar.
"Makalah kami menunjukkan bahwa hasil Anda sepenuhnya bergantung pada bagaimana Anda memodelkan astrofisika Anda, daripada data itu sendiri," kata Biscoveanu.
"Kami membutuhkan lebih banyak data daripada yang kami kira, jika kami ingin membuat klaim yang independen dari asumsi astrofisika yang kami buat," tambah Vitale.
Berapa banyak lagi data yang dibutuhkan para astronom? Vitale memperkirakan bahwa setelah jaringan LIGO dimulai kembali pada awal 2023, instrumen akan mendeteksi satu biner lubang hitam baru setiap beberapa hari. Selama tahun depan, itu bisa menambahkan hingga ratusan pengukuran lagi untuk ditambahkan ke data.
"Pengukuran putaran yang kami miliki sekarang sangat tidak pasti," kata Vitale. "Tapi saat kita membangun banyak dari mereka, kita bisa mendapatkan informasi yang lebih baik. Kemudian kita dapat mengatakan, tidak peduli detail model saya, data selalu memberi tahu saya cerita yang sama — sebuah cerita yang kemudian dapat kami percayai."
Penelitian ini didukung sebagian oleh National Science Foundation.
###
Latar belakang tambahan
Kertas: "Putar sesuka Anda: (kurangnya) pengukuran
distribusi kemiringan putaran dengan lubang hitam biner LIGO-Virgo-KAGRA"
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/12/aa45084-22/aa45084-22.html
."¥¥¥".
."$$$".
No comments:
Post a Comment
Informations From: Dgblogsp