Gravitációshullámok forrásai

Átírás

1 Gravitációshullámok forrásai Kocsis Bence GALNUC ERC Starting Grant kutatócsoport ELTE, Atomfizikai tanszék GALNUC csoporttagok posztdok: Yohai Meiron, Zacharias Roupas phd: Gondán László msc: Máthé Gergely, Takács Ádám Kollaborátorok: Scott Tremaine (IAS), Smadar Naoz (UCLA), Teruaki Suyama (Kyoto), éves az általános relativitiáselmélet, NKE, Budapest,

2

3 Miller, Nature, 531, 40 (2016)

4 Az eddig bejelentett források Advanced LIGO első észlelési szakasz (O1) 2015 szeptember január 19 2 biztos detektálás GW150914: 2015 szeptember 14 GW151226: 2015 december 26 Mindkettő > 5.3 sigma 1 alacsonyabb szignifikanciájú jel LVT151012: 2015 október 12 87% eséllyel asztrofizikai eredetű LSC+Virgo, PRL 116, (2016); LSC+Virgo, PRL 116, (2016); LSC+Virgo, PRL 116, arxiv:

5 Az eddig bejelentett források

6 Gravitációshullám asztrofizika Relativitáselmélet ellenőrzése Exotikus objektumok Nagyskálás szerkezet Kozmológia Ősrobbanás gravastar féreglyuk tűzfal standard szirénák (sötét energia) erős gravitáció GW terjedés GW kölcsönhatás anyaggal Hierarchikus struktúraképződés sötét anyag Grav hullám háttér Nagyenergiás asztrofizika Csillagfejlődés Sűrű rendszerek n-csillag, fekete lyuk ütközések n-csillag, fehér törpe struktúra gamma felvillanás szupernova robbanás pulzárok akkréciós fizika neutrínófizika Pop III csillag Common envelope Teljesen konvektív masszív csillag gömbhalmazok nyílt halmazok galaxismagok

7 Nulladrendű kérdések 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?

8 Egyik lehetőség: sűrű rendszerek Galaxismag M sun szupermasszív fekete lyuk csillag naptömegű fekete lyuk Méret: 1 pc 1 kpc Gömbhalmaz 200 darab a Tejút galaxisban csillag, fekete lyuk Nincs központi fekete lyuk Méret: 1 pc 10 pc Galaxis és gömbhalmazok

9 Klasszikus gömbhalmaz dinamika Tripla szórás kettős-szingli szórás kettős-kettős szórás Kettősök keletkezhetnek Nehéz objektum kiüti a könnyűt Szoros kettős még szorosabb lesz Tág kettős még tágabb lesz (vagy akár felbomolhat) Tömegszegregáció Magösszeomlás Párolgás

10 GW források gömbhalmazokban 1. (Oleary, Meiron, Kocsis, 2016) Nehéz objektumok gyakrabban ütköznek Össztömeg-tömegarány síkon megjósolhatjuk a várt ütközés-gyakoriságot gömbhalmazokban

11 GW források Sűrű populáció elhaladás excentrikus ütközés kettős Kocsis, Gaspar, Marka 2006; O Leary, Kocsis, Loeb 2009; Kocsis & Levin 2012 Fekete lyuk kettős + harmadik objektum Kozai oszcilláció ütközés (excentricitás és inklináció) Wen 2003; Antonini & Perets (2012); Naoz, Kocsis, Loeb, Yunes (2012), Bao-Minh, Naoz, Kocsis 2016

12 Excentricitás eloszlása GW befogódással keletkezett források galaxismagokban Gondán, Kocsis, Raffai, Frei 2016

13 GW források aktív galaxismagban Bartos A galaxisok 1%-ának a közepén nagy mennyiségű gáz van (aktív galaxismag). 13

14 GW források aktív galaxismagban <10Myr Bartos Kettősök bevándorolnak a korongba 15

15 GW források aktív galaxismagban <10Myr <1Myr Bartos és azután gyorsan bespiráloznak a gáz kölcsönhatása miatt 16

16 GW források aktív galaxismagban <10Myr <1Myr Eseményráta: 1.2 Gpc^-3 yr^-1 13 esemény/év (LIGO) Bartos, Kocsis, Haiman, Marka 2016

17 Fekete lyuk korongok Csillagok mozgása a galaxismagban: szupermasszív fekete lyuk körül keringés gömbszimmetrikus csillaghalmaz miatt precesszió Pályasíkok irányeloszlása gyorsan relaxálódik csillag-orbit Csillagpályák hosszútávú gravitációs kölcsönhatása = Folyadékkristály molekulák közti kölcsönhatás (Kocsis+Tremaine 2015, 2016, Roupas+Kocsis+Tremaine 2016) Maximális entrópia: nehéz csillagok: nematikus fázis könnyű csillagok: gömbszerű eloszlás fekete lyuk korongok

18 Sötét anyag fekete lyukakból áll? Megfigyelés: mikrolencsézés miatt M > 20 Msun, kettősök miatt M < 100 Msun kell Háttérsugárzás (feltételezésekkel) kizár Hány százaléka lehet a sötét anyagnak fekete lyuk? Bird et al. (2016); Sasaki, Suyama, Takahiro, Yokoyama (2016) Kocsis, Suyama, Takahiro, Yokoyama 2016

19 Pop III csillagmaradványok? Nehéz fekete lyukak Ráta stimmel elméleti számolások alapján. (Kinugawa et al 2014) Kinugawa, Kocsis, Nakano, Nakamura 2016

20 Ismétlődő gravitációshullám felvillanások t orb t prec Paraméter mérés: Gondán László, KB, Raffai Péter, Frei Zsolt Ismétlődő felvillanás Végső Chirp t peri Első 3 elhaladás (34 másodperccel eltolva) Utolsó 10 másodperc az ütk. előtt

21 GW amplitude GW visszhangok GW rays are deflected around supermassive black holes Spectrum is the same GW echo Echo amplitude depends on distance to SMBH and deflection angle SMBH LIGO source GW echo arrives in Kocsis 2013 Deflection angle (deg)

22 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)