gravitációshullám-asztrofizika · pdf filefekete lyuk korongok stationary...
TRANSCRIPT
![Page 1: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/1.jpg)
Kocsis BenceGALNUC ERC Starting Grant kutatócsoportELTE, Atomfizikai tanszék
GALNUC csoporttagok• posztdok: Yohai Meiron, Zacharias Roupas
• phd: Gondán László, Balázs Boldizsár
• msc: Máthé Gergely
• bsc: Kovács Áron
2016. május 5. Magyar Tudományos Akadémia A gravitációs hullámok felfedezése, asztrofizikai perspektívák
Gravitációshullám-asztrofizika
– egy új korszak kezdete
![Page 2: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/2.jpg)
Mit tudtunk meg február 11.-én?
• Fekete lyukak léteznek!– van horizontjuk
– relativitáselmélet ellnőrizve erős gravitációnál és időfüggő esetben
– graviton tömege konzisztens nullával (< 10—22 eV), Compton hullámhossz > 1 fényév
• Fekete lyukak sokkal nehezebbek lehetnek mint korábban gondoltuk !– 30 naptömeg lehetséges!
• Léteznek fekete lyuk – fekete lyuk kettősök
• ütközések gyakoriak > 2-53/yr/Gpc3
• Óriási meglepetés: elektromágneses gamma kitörés 0.4 másodpercen belül
bespirálozás ütközés lecsengés
![Page 3: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/3.jpg)
Gravitációshullám asztrofizika
Relativitáselmélet
ellenőrzése
nagyenergiás
asztrofizika
Kozmológia
Nagy skálás
szerkezet
Ősrobbanás
Erős gravitáció
akkréciós fizika
Szupernova robbanás
standard szirénák (sötét energia)
Hierarchikus struktúraképződés
Grav hullám háttér
n-csillag, fekete lyuk ütközések
Sűrű
rendszerek
gömbhalmazok
gamma felvillanás
GW terjedés
pulzárok
n-csillag, fehér törpe struktúraGW kölcsönhatása anyaggal
galaxismagok
sötét anyag
neutrínófizika
![Page 4: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/4.jpg)
• Milyen asztrofizikai folyamat hozta létre a megfigyelt fekete lyuk ütközést?
– Hogyan keletkeznek ekkora fekete lyukak?
– Hogyan formálódott a kettős?
– Hogyan jutott el a kettős az ütközésig?
• Hol keletkeznek a leggyakoribb források?
– galaxismag, gömbhalmaz, galaxiskorong, halo?
Nulladrendű kérdések
![Page 5: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/5.jpg)
– csillagfejlődés új módusa (teljesen konvektív csillag)(Belczynski+ 2016, Mandel+de Mink 2016; de Mink+Mandel 2016, Merchant+ 2016)
– legősibb csillagok (fémmentes, szupernehéz csillag)(Kinugawa+ 2014, 2016, Inayoshi+ 2016, Hartwig+ 2016)
– forgó csillag magösszeomlása(Reisswig+ 2013, Loeb 2016, Woosley 2016)
– sötét anyag fekete lyukakból áll (!)(Bird+ 2016, Clesse+Garcia-Bellido 2016, Sasaki+ 2016)
– sűrű csillagklaszterekben dinamikai ütközések(Portegies Zwart+McMillan 2000, O’Leary, Kocsis, Loeb 2009, O’Leary, Meiron, Kocsis 2016, Rodriguez+ 2016)
– galaxismagban szupermasszív fekete lyuk segít(Kovács, Kocsis, Naoz 2016)
– aktív galaxismagban gázkorong segít(Bartos, Kocsis, Haiman, Marka 2016, Stone+ 2016)
– galaxismagban fekete lyuk korongok képződnek dinamikailag(Kocsis+Tremane 2016, Roupas+Kocsis 2016)
Lehetséges folyamatok
![Page 6: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/6.jpg)
Legvalószínűbb színtér
GalaxismagA legsűrűbb csillaghalmazok• 106 – 9 Msun szupermasszív fekete lyuk• 106 – 9 csillag• 104 – 7 naptömegű fekete lyuk• Méret: 1 pc – 1 kpc
Gömbhalmaz• 200 darab a Tejút galaxisban• 104 – 6 csillag, 101 – 3 fekete lyuk• Nincs központi fekete lyuk• Méret: 1 pc – 10 pc
Megértésük kulcsfontosságú az asztrofizikában
Galaxis és gömbhalmazok
![Page 7: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/7.jpg)
Gömbhalmazok
10^5-10^6 csillag, 100 db egy galaxisban, nincs bennük szupermasszív fekete lyuk
![Page 8: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/8.jpg)
Mag összeomlás
![Page 9: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/9.jpg)
A „jóslat” (Oleary, Meiron, Kocsis, 2016. febuár 9.)
Össztömeg-tömegarány síkon megjósolhatjuk a
várt ütközés-gyakoriságot gömbhalmazokban
Nehéz objektumok gyakrabban ütköznek
![Page 10: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/10.jpg)
Hogyan keletkeznek a galaxismagok?gömbhalmazok lassan beesnek
Fermi: gamma sugárzás a galaxis közepéről• Milliszekundumos pulzár spektrum hasonló• Milliszekundomos pulzár nem keletkeznek a magban• Beeső gömbhalmazok jutatták oda a pulzárokat(Semmi szükség sötét anyag annihilációra!)
Brandt & Kocsis (2015)
Következtetés:
fekete lyukaktól hemzsegnek
a galaxismagok
![Page 11: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/11.jpg)
Fekete lyuk korongok
stationary annulus
Legfőbb dinamikai folyamatok
a galaxismagban:
• szupermasszív fekete lyuk körül keringés
• gömbszimmetrikus csillaghalmaz miatt precesszió
a keringési pályasíkok gyorsan relaxálódnak
Érdekesség:
Hosszú időskálán a korongok között ható grav. kölcsönhatás
Hamiltonfüggvénye azonos a folyadékkristályokéval(Kocsis+Tremaine 2015, 2016, Roupas+Kocsis 2016)
Maximális entrópia:
• rendezett nematikus fázis (szembeforgó korong)
• fekete lyuk korongok
![Page 12: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/12.jpg)
Ismétlődő gravitációshullám felvillanások
Sűrű
populáció elhaladás ütközésexcentrikus
kettős
Kocsis, Gaspar, Marka 2006; O’Leary, Kocsis, Loeb 2009; Kocsis & Levin 2012
Fekete lyuk kettős
+ szupermasszív fekete lyuk ütközésKozai oszcilláció
(excentricitás és inklináció)
Wen 2003; Antonini & Perets (2012); Naoz, Kocsis, Loeb, Yunes (2012),
Kovacs, Kocsis, Naoz 2016
![Page 13: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/13.jpg)
Első 3 elhaladás (34 másodperccel eltolva) Utolsó 10 másodperc az ütk. előtt
Ismétlődő felvillanás Végső Chirp
Ismétlődő gravitációshullám felvillanásoktorb tprec
tperi
Paraméter mérés:
Gondán László, KB, Raffai Péter, Frei Zsolt
![Page 14: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/14.jpg)
LIGO-VIRGO-KAGRA gravitációshullám asztrofizika jövője
• eseményeloszlásból azonosítjuk a forrástípusokat
• legősibb csillagok születése
• Neutroncsillag belseje: legsűrűbb anyag
• sötét anyag közvetlen mérhető?
• galaxismagok megértése
• Sok más
![Page 15: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/15.jpg)
LISA és pulzár-időmérés
LISA
PTA
Föld
Pulzár
Pulzár időmérő rendszerek
idő
Inte
nzi
tás
• szupermasszív fekete lyukak
• Galaxisfejlődés, kozmológia
• Akkréciós korongok
Stb:
• „bolygóvándorlás”
• galaktikus fehér törpe kettősök
![Page 16: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/17.jpg)
További lehetőségek• Elektromágneses kvazár-kettősök optikai távcsövekkel(Kocsis, Frei, Haiman, Menou 2006, Kocsis, Haiman, Menou 2008, Haiman, Kocsis, Menou 2009; Graham+ 2016)
• Gázkorong detektálása gravitációs hullámokkal (Kocsis, Yunes, Loeb, Haiman 2011; Yunes, Kocsis, Loeb 2011)
• Hármasrendszerek detektálása (Kocsis 2013; Meiron, Kocsis, Loeb 2016)
• Gravitációshullámok kölcsönhatása anyaggal– Kismértékű disszipáció infravörös jel (Kocsis+Loeb 2009)
– Csillagrengések rezonáns gerjesztése gravitációshullám „napfogyatkozás”(Li, Kocsis, Loeb 2013, McKernan, Ford, Kocsis, Haiman, 2014)
• Atomórák a Föld körül (Loeb 2015)
![Page 18: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/18.jpg)
Gravitációshullám asztrofizika
Relativitáselmélet
ellenőrzése
nagyenergiás
asztrofizika
Kozmológia
Nagy skálás
szerkezet
Ősrobbanás
Erős gravitáció
akkréciós fizika
Szupernova robbanás
standard szirénák (sötét energia)
Hierarchikus struktúraképződés
Grav hullám háttér
n-csillag, fekete lyuk ütközések
Sűrű
rendszerek
gömbhalmazok
gamma felvillanás
GW terjedés
pulzárok
n-csillag, fehér törpe struktúraGW kölcsönhatása anyaggal
galaxismagok
sötét anyag
neutrínófizika
![Page 19: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/20.jpg)
Gömbhalmaz dinamika 1.Sűrű
populáció
Tripla szórás
Excentrikus kettős + szingli
kettős-szingli szórás
kettős-kettős szórás
• Nehéz objektum kiüti a könnyűt
• Szoros kettős még szorosabb lesz
• Tág kettős még tágabb lesz
(vagy akár felbomolhat)v
![Page 21: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/21.jpg)
A legsűrűbb csillagpopuláció
Misgeld & Hilker ‘11
Nukleáris csillagklaszterek
![Page 22: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/22.jpg)
A legsűrűbb csillagpopuláció
Többféle csillagkomponens
Walcher+ ‘06, Rossa+ ‘06, Seth+ 06, 08, 10
• Öreg, vörös gömbszerű
• fiatal, kék diszk
• Mindkettő forog
• Több éléről megfigyelt galaxis:
szembeforog a galaxissal
Nukleáris csillagklaszterek
![Page 23: Gravitációshullám-asztrofizika · PDF fileFekete lyuk korongok stationary annulus Legfőbb dinamikai folyamatok a galaxismagban: • szupermasszív fekete lyuk körül keringés](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022030407/5a87830b7f8b9afc5d8dd726/html5/thumbnails/23.jpg)
Schoedel et al. 150”x150”
Galaxismag
A legsűrűbb csillag populáció
• 106 – 9 MNap szupermasszív fekete lyuk
• 106 – 9 csillagok
• 104 – 7 naptömegű fekete lyuk
• Relaxáció a dinamikai egyensúlyig