Co się stanie kiedy zderzą się dwa obiekty o dużej gęstości, np. czarne dziury lub gwiazdy neutronowe?


Pytanie:

Co się stanie kiedy zderzą się dwa obiekty o dużej gęstości, np. czarne dziury lub gwiazdy neutronowe?

od: Jan

Odpowiedź:

Roman Ratajczak:

Słowo "zderzenie" występujące w pytaniu należałoby raczej zamienić na termin koalescencja, który oznacza zlanie się dwóch obiektów.

Jak wiadomo, gwiazdy występują nie tylko pojedyńczo, ale rownież w układach złożonych z dwu a nawet większej ilości składników.
W ciągu całego "życia" gwiazda przechodzi przez różne etapy ewolucji zależne od jej masy. Tylko te najbardziej masywne gwiazdy kończą swój żywot w efektownym wybuchu i rozbłyskują jako supernowe. Los tego co pozostało po wybuchu, zależy od masy pozostałej po odrzuceniu zewnętrznych warstw gwiazdy. Gdy masa pozostałego po wybuchu jądra wynosi ok 1,4 masy Słońca - końcowym stadium ewolucji jest gwiazda neutronowa (NS), gdy jednak masa jądra jest większa niż 2-3 masy Słońca, powstaje czarna dziura (BH).

Wyobraźmy sobie, że znaleźliśmy ciasny układ podwójny gwiazd, którego oba składniki były wystarczająco masywne aby stać się gwiazdami neutronowymi, czarnymi dziurami, albo też kombinacją czarnej dziury i gwiazdy neutronowej (w praktyce takie układy są bardzo trudne do zaobserwowania, ze względu na naturę tych obiektów, jednakże astronomowie znają kilka układów NS-NS).

Ogólna teoria względności (OTW) przewiduje, że linia apsyd orbity eliptycznej takiego układu (linia łącząca punkty największego zbliżenia - perycentrum i największego oddalenia - apocentrum) powinna wykonywać powolny obrót w przestrzeni. Drugim efektem przewidzianym przez OTW jest skracanie się okresu orbitalnego i zacieśnianie takiego układu - krążące wokół siebie gwiazdy doznają przyspieszeń, które powodują emisję energii w postaci fal grawitacyjnych. Powoduje to, iż dwie gwiazdy powoli zbliżają się do siebie po torze spiralnym, a sygnał grawitacyjny staje się coraz silniejszy i o coraz wyższej częstotliwości (za odkrycie takiego układu NS-NS i zmierzenie tempa skracania się okresu obiegu Hulse i Taylor otrzymali w 1974 roku Nagrodę Nobla). Niezależnie od rodzaju układu (NS-NS, BH-BH, czy też BH-NS) taki efekt zacieśniania się orbity prowadzi do katastrofy - koalescencji, na skutek czego powstaje pojedyńcza czarna dziura o masie zbliżonej do masy obu obiektów.

Efekt wypromieniowywania energii w postaci fal grawitacyjnych wiąże się z jednym z najtrudniejszych przedsięwzięć w nauce doświadczalnej - budową bardzo czułego detektora, który rejestrowałby sygnały dochodzące od takich układów (TAMA, GEO 600, LIGO, VIRGO).
Polecam również bardzo ciekawy artykuł na temat detekcji fal grawitacyjnych w Uranii.

7 grudnia 2004