Myfyriwr Caerdydd yng nghanol darganfyddiad dirgel newydd LIGO

23 Mehefin 2020

Image of black hole neutron star — Credit: Carl Knox, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)

Mae myfyriwr ym Mhrifysgol Caerdydd yng nghanol darganfyddiad arloesol a allai helpu i ddatrys dirgelwch degawdau.

Mae Charlie Hoy, sydd ar drydedd flwyddyn ei PhD ac sy'n aelod o Brosiect Gwyddonol Cydweithredol Arsyllfa Tonnau Disgyrchol yr Ymyriadur Laser (LlGO), wedi chwarae rhan flaenllaw yn dehongli data newydd a arsyllwyd o wrthdrawiad treisgar rhwng dau wrthrych tua 800 miliwn o flynyddoedd goleuni o'r Ddaear.

Mewn papur newydd a gyhoeddir heddiw, mae tîm LIGO yn disgrifio gwrthdaro cosmig rhwng dau wrthrych a fu’n cylchu ei gilydd cyn taro yn erbyn ei gilydd ac uno i greu un twll du, a chynhyrchu sblash enfawr o donnau disgyrchol a allyrrwyd ar draws y Bydysawd ac a ganfuwyd yma ar y Ddaear.

Mae'r gwyddonwyr yn hyderus fod un o'r gwrthrychau yn dwll du enfawr tua 23 gwaith yn fwy na màs ein haul ni, ond mae'r ail wrthrych, sy'n annhebyg i unrhyw beth a ganfuwyd erioed o'r blaen, wedi eu syfrdanu.

Mae maint y gwrthrych dirgel yn gorwedd yn yr hyn mae gwyddonwyr yn ei alw yn 'fwlch màs’ a chredir ei fod yn drymach na'r seren niwtron drymaf a welwyd erioed ond yn ysgafnach na'r twll du ysgafnaf a welwyd erioed.

Tan nawr, nid yw gwyddonwyr wedi gallu canfod tystiolaeth uniongyrchol o unrhyw beth sy'n gorwedd yn y bwlch màs hwn.

Y cyhoeddiad hwn yw'r diweddaraf mewn cyfres o ddarganfyddiadau trawiadol lle mae tonnau disgyrchol - crychdonnau bach sy'n lledu drwy'r gofod ac amser pan fydd dau wrthrych enfawr yn gwrthdaro - wedi'u canfod ar y Ddaear a'u defnyddio i lunio darlun o rai o'r digwyddiadau cosmig mwyaf o ran maint a mwyaf treisgar ac anarferol ar draws y Bydysawd.

I Charlie, sydd wedi bod yn gweithio gyda LIGO fel rhan o'i PhD, achosodd y darganfyddiad diweddaraf syfrdandod i sawl aelod o’r tîm.

"Pan welais i'r hysbysiad yn cyrraedd, cwympodd fy ngên i'r llawr," dywed.

Dim ond pan welais i arwyddocâd y digwyddiad hwn y sylweddolais i ba mor bwysig y gallai'r digwyddiad fod i astroffisegwyr yn fyd-eang. Dyma'r tro cyntaf i ni ganfod rhywbeth a allai fod yn seren niwtron-twll du hynod arwyddocaol - rhywbeth na welwyd ei debyg o'r blaen.

Mae Prifysgol Caerdydd wedi bod yn aelod o LIGO ers ei sefydlu ac wedi gwneud cyfraniadau allweddol bob tro y canfuwyd tonnau disgyrchol hyd yn hyn.

Un elfen o waith Sefydliad Archwilio Disgyrchiant y Brifysgol yw datblygu algorithmau a meddalwedd newydd sydd bellach wedi dod yn offer chwilio safonol er mwyn canfod signalau'r tonnau disgyrchol sy’n anodd dod o hyd iddynt.

Canfuwyd tonnau disgyrchol yn fwyaf diweddar gyda synwyryddion soffistigedig yn UDA a'r Eidal ar 14 Awst 2019.

Ers hynny, mae Charlie wedi bod yn arwain yr 'amcangyfrif paramedr' ar gyfer y digwyddiad penodol hwn ar ran LIGO.

Roedd hyn yn cynnwys datrys signalau'r tonnau disgyrchol a'u cydweddu â miliynau o gyfuniadau posibl i bennu nodweddion y gwrthrychau a gynhyrchodd y tonnau disgyrchol yn y lle cyntaf, fel eu màs, y cyflymder a'r cyfeiriad roedden nhw'n troelli a'u pellter o'r Ddaear.

Dual BH — Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

"Mae bod yn aelod iau o'r prosiect cydweithredol sy'n gyfrifol am swmp sylweddol o'r dadansoddi ac ysgrifennu'r papur darganfod wedi bod yn brofiad dysgu enfawr, ac un rwyf i'n hynod ddiolchgar am fod yn rhan ohono," dywedodd.

Credir bod y tonnau disgyrchol a allyrrwyd o'r digwyddiad penodol hwn, a elwir yn GW190814, yn dod o wrthdrawiad treisgar ac uno dau wrthrych i greu twll du tua 25 gwaith yn fwy na màs yr haul, o ddeutu 800 miliwn o flynyddoedd goleuni o'r Ddaear.

Credir bod gan y gwrthrych dirgel fàs sydd 2.6 yn fwy na'r haul, gan ei osod yn yr hyn a elwir yn 'fwlch màs’ cyn iddo wrthdaro â thwll du oedd â màs 23 gwaith yn fwy na'r haul.

"Mae'r cwestiwn a oes unrhyw wrthrychau'n bodoli yn y bwlch màs wedi bod yn ddirgelwch parhaus mewn astroffiseg ers degawdau," ychwanegodd Charlie.

"Yr hyn dydyn ni ddim yn ei wybod yw ai'r gwrthrych hwn yw'r seren niwtron drymaf y gwyddom ni amdani neu'r twll du ysgafnaf, ond fe wyddom ei fod yn torri record beth bynnag.

Yr hyn sy'n gyffrous yw mai dim ond y dechrau yw hyn. Wrth i'r synwyryddion ddod yn fwyfwy sensitif, byddwn yn arsyllu mwy fyth o'r signalau hyn, a byddwn yn gallu nodi poblogaethau o sêr niwtron a thyllau du yn y bydysawd.

Dywedodd Dr Vivien Raymond, aelod o dim LIGO yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: "Gyda'r synhwyro newydd hwn rydym ni'n parhau i wthio ffiniau'r hyn a wyddom am y boblogaeth o sêr niwtron a thyllau du allan yna. Roedd y digwyddiad hwn yn benodol yn cynnwys cydymdrech gan lawer o arbenigwyr rhyngwladol gwahanol, ac rydym ni'n ceisio paratoi ar gyfer y digwyddiad annisgwyl nesaf y bydd natur yn ei ddatgelu."

Cyhoeddwyd y canfyddiadau diweddaraf gan Brosiect Gwyddonol Cydweithredol LIGO a Phrosiect Cydweithredol Virgo Ewrop yn The Astrophysical Journal. Cyllidir LIGO yn y DU gan y Cyngor Cyfleusterau Gwyddoniaeth a Thechnoleg (STFC).