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天文学和空间

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三体计算建议黑洞如何足够接近合并

07 Jan 2020
合并黑洞
接近:合并黑洞的艺术印象(礼貌:SXS / CC BY-NC 3.0)

古典物理学的臭名昭着的三体问题的统计解决方案可以解释为什么利焦维哥引力波检测器已经观察到许多黑洞并购。

三体问题涉及三个古典物体(例如恒星,行星甚至黑洞),彼此互动并相互作用。原则上,通过系统的初始条件,在其进化中的未来时间在未来时间的行为是唯一决定的。然而,这些初始条件的无限变化可以随着时间的推移积累,以成为结果的巨大差异。由于永远不可能测量具有无限精度的初始条件,因此永远不可能使用它们来预测长期结果 - 确定性混乱的签名。

三体问题的一般闭合溶液不存在,但如果物体质量截然不同,则系统可以通过来自第三个对象的小扰动的两个身体问题来近似。然而,事情变得更加令人生畏,当三个群众相似。现在,美国的天体物理学家已经建立了这种“非等级”三重系统的计算机模型。由...制作 尼古拉斯石头 耶路撒冷希伯来大学(纽约哥伦比亚大学的工作)和 内森莱恩 在智利康西大学的思路中,模拟可以帮助解释为什么利戈 - 处女座已经看到了合并黑洞的丰富引力波信号。

分手很容易

研究人员知道,长期不等级三体系并不稳定,往往会分开。 “在他们出生后,非分级三元倾向于在很长时间内分解,”石头解释道。 “这意味着现在在宇宙中出现的非分级三星,以某种特殊的方式形成了有趣的事情。”

石头和Leigh建模了两个已知的机制之一,通过该机制可以形成这种非分级三重系统。 “如果你有一个非常密集的星级集群,个别二进制文件将经常分散通过的单星,”石头解释。 “如果单个明星足够接近,它可以暂时捕获到二进制中,并制作一个不稳定的非分层三倍,后来崩溃以留下不同的属性。”

研究人员对此类事件进行了数十万台计算机模拟。在捕获第三个主体之后,三体系通过一系列长时间的时间,其中两颗恒星有效地表现为二进制,而第三颗星从距离弱相互作用。当三星全部靠近时,这些平静的时期被相对简短地打断了相对简短的,强烈的混乱“争吵”。每个争夺当一颗星 - 不一定与之前的恒星相同 - 获得足够的能量以逃脱系统的中心。这允许其他两个返回到相对稳定的近二进制轨道。然而,由于返回另一个争先恐后,所喷射的明星的能量不足以真正逃脱三体系。当三颗星中的一个确实在争夺期间获得逃生速度时,三体系的分裂,留下了新的二进制。

生育二进制文件

虽然预测特定系统将如何发展仍然不可能,但新的研究呈现了统计分布,呈现出概率的概率是如何混乱的非等级三重系统最有可能分解的概率。此外,它允许天文学家吸引有关三重系统中可能条件的推论,这些系统中有可能产生具有特定性质的二进制文件。 “我们可以告诉你,轨道通常是椭圆形而不是圆形,椭圆件的一些概率分布,”石头解释。

“我认为结果是从理论天体物理学的角度来看非常重要,但它们超出了这个小组的更普遍应用,”解释说 阿德里安·哈默斯 慕尼黑Max Planck Astrophysics研究所。特别地,某些类型的二元系统的创建可以解释为什么利焦维哥引力波检测器在二元系统中观察到太阳能黑洞的几个合并。

这种黑洞二进制二进制可以通过隔离的一对恒星产生,每个恒星每个坍塌形成黑洞。然而,在这种情况下,这种问题是适当的群众和分离的星星,以产生这种黑洞二进制文件将在它们变成黑洞之前合并为恒星。如果恒星进一步分开 - 因此有足够的时间崩溃以形成黑洞 - 然后预计将比宇宙的年龄更长的黑洞来合并。

第三个身体的存在可能是哈尔斯解释说明的答案:“在这些类型的动态交互中,你可以将黑洞驱动到更紧的轨道,在那里他们可以在更短的时间内合并。

约翰三星 哥本哈根尼尔斯Bohr研究所对工作产生了几个重要的影响 - 以及一个关键缺点:公式仅适用于通过一系列争夺状态切断的系统,忘记了他们的初始条件。他说,他说,需要计算机模拟来计算系统是否进入这样的状态:“在大约一半的互动中,第三个对象将立即通过二进制和扰乱它的单一段落,”他解释说:“他解释说。 “我会像第一步一样看到这一步:如果他们可以扩展他们的形式主义并说出哪些部分空间是混乱的并且不是,这将是一个自然的下一步。”

研究描述了 自然 .

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