GW190521

GW190521 (ban đầu là S190521g) là tín hiệu sóng hấp dẫn do sự hợp nhất của hai lỗ đen. Nó có thể gắn liền với một chớp sáng trùng khớp về thời gian và tọa độ; nếu sự gắn liền này là chính xác thì sự hợp nhất đã xảy ra gần một lỗ đen siêu khối lượng thứ ba. Sự kiện này được các thiết bị dò LIGO và Virgo quan sát vào ngày 21 tháng 5 năm 2019 lúc 03:02:29 UTC, và được công bố vào ngày 2 tháng 9 năm 2020. Sự kiện xảy ra cách Trái Đất 17 tỷ năm ánh sáng, trong khu vực 765 độ2 về phía Coma Berenices, Canes Venatici hoặc Phoenix. Với khối lượng lần lượt gấp 85 và 66 lần khối lượng Mặt Trời (M☉), hai lỗ đen tham gia hợp nhất này là những khối vật chất tiền thân lớn nhất được quan sát cho đến nay. Hố đen tạo thành có khối lượng tương đương với 142 lần khối lượng Mặt Trời, làm cho nó trở thành lần đầu tiên phát hiện rõ ràng về một hố đen có khối lượng trung bình. Khối vật chất còn lại gấp 9 lần khối lượng mặt trời được bức xạ thành năng lượng dạng sóng hấp dẫn. GW190521 là một khám phá quan trọng do khối lượng của lỗ đen lớn tạo thành cũng như của một hoặc cả hai lỗ đen nhỏ hơn tạo thành nó. Thuyết tiến hóa sao dự đoán rằng các ngôi sao không thể tạo ra các lỗ đen lớn hơn khoảng 65 lần khối lượng Mặt Trời, do đó sẽ có một khoảng trống về khối lượng lỗ đen trên giá trị đó, trong khoảng 50-150 M☉, hoặc 52-133 M☉. Các lỗ đen 85+21 −14 M☉ và 142+28 −16 M☉ được quan sát trong GW190521 chắc chắn nằm trong khoảng trống khối lượng này, cho thấy rằng nó có thể lấp đầy khoảng trống này bằng cách hợp nhất của các lỗ đen nhỏ hơn. Chỉ có bằng chứng gián tiếp về các lỗ đen khối lượng trung bình - những lỗ đen có khối lượng từ 100 đến 100.000 lần khối lượng Mặt Trời đã được quan sát trước đó, và không rõ chúng đã hình thành như thế nào. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết về "một sự hợp nhất có thứ bậc, trong đó mỗi lỗ đen là kết quả của các lần hợp nhất kế tiếp của các lỗ đen nhỏ hơn." Theo thành viên nhóm khám phá là Vassiliki Kalogera từ Đại học Northwestern thì "đây là đo đạc khối lượng chắc chắn/an toàn đầu tiên và duy nhất của một lỗ đen khối lượng trung bình tại thời điểm nó ra đời...Bây giờ chúng ta biết chắc chắn là ít nhất có một cách [các thiên thể như vậy có thể hình thành] thông qua sự hợp nhất của các lỗ đen khác." Vào tháng 6 năm 2020, các nhà thiên văn học đã báo cáo những quan sát về một chớp sáng có thể liên quan đến GW190521. Zwicky Transient Facility (ZTF) đã báo cáo một nguồn quang học thoáng qua trong vùng bộc phát GW190521, nhưng do độ không chắc chắn ở vị trí bầu trời là hàng trăm độ vuông nên mối liên hệ này vẫn là không chắc chắn. Nếu hai sự kiện thực sự có mối liên hệ với nhau, thì sự kiện này được cho là phát hiện đầu tiên về nguồn điện từ liên quan đến sự hợp nhất của hai lỗ đen. Sự hợp nhất của các lỗ đen thường không phát ra bất kỳ ánh sáng nào. Các nhà nghiên cứu cho rằng điều này có thể giải thích được, nếu sự hợp nhất của hai lỗ đen nhỏ hơn đưa lỗ đen khối lượng trung bình mới hình thành lên một quỹ đạo va chạm với đĩa bồi tụ của một lỗ đen siêu khối lượng không liên quan nhưng ở gần đó, phá vỡ vật liệu của đĩa và tạo ra ánh sáng bùng phát. Theo các nhà thiên văn học, lỗ đen mới hình thành có thể di chuyển với tốc độ 200 km/s (120 mi/s) qua đĩa bồi tụ. Nếu lời giải thích này là đúng, hiện tượng bùng phát sáng sẽ lặp lại sau khoảng 1,6 năm khi lỗ đen khối lượng trung gian này gặp lại đĩa bồi tụ. Theo Matthew Graham, nhà thiên văn học chính của cuộc nghiên cứu, "Hố đen siêu khối lượng này đã bập bùng trong nhiều năm trước khi lóe sáng đột ngột. Vụ lóe sáng xảy ra vào đúng khoảng thời gian và ở đúng vị trí trùng với sự kiện sóng hấp dẫn. Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi kết luận rằng vụ lóe sáng có khả năng là kết quả của sự hợp nhất lỗ đen, nhưng chúng tôi không thể loại trừ hoàn toàn các khả năng khác." Thiên văn học sóng hấp dẫn Danh sách các quan sát sóng hấp dẫn Thiên văn học nhiều sứ giả ^ "Sự kiện diễn ra ở một khoảng cách gần như không thể tưởng tượng được so với Trái Đất - tại một điểm hiện cách xa 17 tỷ năm ánh sáng theo cách tính toán vũ trụ học tiêu chuẩn mô tả một vũ trụ đang giãn nở." ^ Khu vực tương đối lớn và cách xa của bầu trời trong đó được cho là có thể khoanh vùng nguồn. ^ Kí hiệu này được sử dụng để chỉ ra độ không chắc chắn bất đối xứng. ^ a b “Superevent info - S190521g”. LIGO. ngày 21 tháng 5 năm 2019. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2020. ^ a b c d Cofield, Calla (ngày 25 tháng 6 năm 2020). “Black Hole Collision May Have Exploded With Light”. NASA. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2020. ^ a b c Graham M. J.; và đồng nghiệp (2020). “Candidate Electromagnetic Counterpart to the Binary Black Hole Merger Gravitational-Wave Event S190521g” (PDF). Physical Review Letters. 124 (25): 251102. arXiv:2006.14122. Bibcode:2020PhRvL.124y1102G. doi:10.1103/PhysRevLett.124.251102. PMID 32639755. ^ a b c d Abbott R.; và đồng nghiệp (ngày 2 tháng 9 năm 2020). “Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521”. The Astrophysical Journal. 900 (1): L13. doi:10.3847/2041-8213/aba493. ^ a b Abbott R.; và đồng nghiệp (ngày 2 tháng 9 năm 2020). “GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M ⊙”. Physical Review Letters. 125 (10): 101102. doi:10.1103/PhysRevLett.125.101102. ^ a b c Overbye, Dennis (ngày 25 tháng 6 năm 2020). “Two Black Holes Colliding Not Enough? Make It Three - Astronomers claim to have seen a flash from the merger of two black holes within the maelstrom of a third, far bigger one”. The New York Times. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2020. ^ “GW trigger S190521g ('GW 190521')”. University of Leicester. 2020. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. ^ a b c Martin (ngày 2 tháng 9 năm 2020). “GW190521: The Most Massive Black Hole collision Observed To Date” (PDF). LIGO Scientific Collaboration. Truy cập ngày 2 tháng 9 năm 2020. ^ a b c Overbye, Dennis (ngày 3 tháng 9 năm 2020). “These Black Holes Shouldn't Exist, but There They Are - On the far side of the universe, a collision of dark giants sheds light on an invisible process of cosmic growth”. The New York Times. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 9 năm 2020. Truy cập ngày 4 tháng 9 năm 2020. ^ Mo, Geoffrey (ngày 21 tháng 5 năm 2020). “GCN Circular - Number: 24640 - LIGO/Virgo S190521g: Updated sky localization”. NASA. Truy cập ngày 27 tháng 6 năm 2020. ^ Gradute Center, CUNY (ngày 25 tháng 6 năm 2020). “Black hole collision may have exploded with light”. Phys.org. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. ^ Siegel, Ethan (ngày 3 tháng 9 năm 2020). “LIGO's Biggest Mass Merger Ever Foretells A Black Hole Revolution”. Forbes. Truy cập ngày 5 tháng 9 năm 2020. ^ Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Abraham, S.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adhikari, R. X.; Adya, V. B.; Affeldt, C.; Agathos, M.; Agatsuma, K.; Aggarwal, N.; Aguiar, O. D.; Aiello, L.; Ain, A.; Ajith, P.; Allen, G.; Allocca, A.; Aloy, M. A.; Altin, P. A.; Amato, A.; Ananyeva, A.; Anderson, S. B.; Anderson, W. G.; Angelova, S. V.; Antier, S.; Appert, S.; Arai, K.; Araya, M. C. (2019). “Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo”. The Astrophysical Journal. 882 (2): L24. arXiv:1811.12940. Bibcode:2019ApJ...882L..24A. doi:10.3847/2041-8213/ab3800. Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 9 năm 2020. Truy cập ngày 20 tháng 3 năm 2020. ^ Woosley, S.E. (2017). “Pulsational Pair-instability Supernovae”. The Astrophysical Journal. 836 (2): 244. arXiv:1608.08939. doi:10.3847/1538-4357/836/2/244. ^ Miller, M. Coleman; Colbert, E. J. M. (2004). “Intermediate-Mass Black Holes”. International Journal of Modern Physics D. 13 (1): 1. arXiv:astro-ph/0308402. Bibcode:2004IJMPD..13....1M. doi:10.1142/S0218271804004426. ^ “Black hole collision may have exploded with light”. ScienceDaily. ngày 26 tháng 6 năm 2020. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. ^ a b Carpineti, Alfredo (ngày 25 tháng 6 năm 2020). “Astronomers May Have Observed The First Flare From A Black Hole Collision”. IFLScience. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. “GW190521”. LIGO. Video (1:14:15): Webinar GW190521 trên YouTube (LIGO; 3 tháng 9 năm 2020). Video (00:30): Simulation of Black-Hole Merger trên YouTube (AEI; 2 tháng 9 năm 2020).