Defnyddio tyllau du bach i ddod o hyd i dyllau du mawr

Mae gwyddonwyr wedi datblygu dull newydd o ganfod tyllau du dwbl sy’n aruthrol o anferth, sef parau o'r math mwyaf o dyllau du yn y Bydysawd sydd wrth wir galon galaethau.

Bydd angen canfodydd tonnau disgyrchiant deci-Hz i gynnal y dechneg newydd ac yn ei sgil gallai seryddwyr astudio tyllau du dwbl aruthrol o anferth a fyddai fel arall yn anodd hel gwybodaeth yn eu cylch.

Yn eu gwaith, maen nhw’n dadansoddi'r tonnau disgyrchiant - crychdonnau mewn gofod-amser - sy’n deillio o dyllau du bach cyfagos sydd yn eu tro’n weddillion sêr.

Mae hyn yn amlygu “bwlch” wrth dargedu parau o dyllau duon aruthrol o anferth sy’n cylchdroi o amgylch ei gilydd, sef tyllau duon dwbl, ac sy’n rhy isel eu hamledd i synwyryddion heddiw eu canfod, yn ôl tîm o Brifysgol Caerdydd, Sefydliad Astroffiseg Max Planck, Prifysgol Zurich, Sefydliad Niels Bohr a Sefydliad Technoleg Califfornia.

Yn lle hynny, mae eu techneg yn manteisio ar y modylu sy’n digwydd yn y signalau gan dyllau du llai yn yr un galaeth er mwyn dod o hyd i bresenoldeb eu cymdogion aruthrol o anferth mewn ffordd anuniongyrchol.

Gallai’r dull, mewn erthygl yn Nature Astronomy, helpu i ganfod tyllau du a oedd ynghudd cyn hyn ac sy’n meddu ar fasau sy’n amrywio rhwng 10 miliwn a 100 miliwn gwaith yn fwy na’r Haul, hyd yn oed o bellteroedd enfawr, yn ôl y tîm.

Dyma a ddywedodd yr awdur arweiniol Dr Jakob Stegmann, cymrawd ymchwil ôl-ddoethurol yn Sefydliad Astroffiseg Max Planck, “Yn y bôn, mae ein syniad yn debyg i wrando ar sianel radio. Rydyn ni’n awgrymu defnyddio signal parau o dyllau du bach mewn ffordd debyg i'r ffordd y bydd tonnau radio yn cludo signal.”

Mae'r dull yn defnyddio'r newidiadau cynnil yn y tonnau disgyrchiant sy’n deillio o ddau dwll du bach cyfagos sydd â màs seren.

“I bob diben, mae’r tyllau du dwbl bach yn dangos inni fod tyllau du mwy eu maint yn bodoli. Y syniad yw defnyddio amleddau uchel sy’n hawdd eu canfod i chwilio ar hyd amleddau is na fydd synwyryddion tonnau disgyrchiant presennol nac offer a gynlluniwyd at y dyfodol yn sensitif iddyn nhw,” ychwanegodd Dr Stegmann a ddechreuodd y gwaith hwn yn ystod ei astudiaeth ddoethurol ym Mhrifysgol Caerdydd.

Mae tarddiad tyllau du aruthrol o anferth yn un o ddirgelion mwyaf seryddiaeth o hyd.

Efallai eu bod bob amser wedi bod yn enfawr ac iddyn nhw gael eu ffurfio pan oedd y Bydysawd yn ifanc iawn o hyd. Neu efallai eu bod wedi ehangu dros gyfnod o amser, gan hel mater a thyllau du eraill yn eu sgil.

Ychwanegodd Dr Fabio Antonini, un o gyd-awduron yr astudiaeth ac Uwch-ddarlithydd yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: “Mae tyllau duon aruthrol o anferth yn gysylltiedig â’u galaethau lletya mewn ffyrdd sylfaenol.”

Er bod tystiolaeth anuniongyrchol dros donnau disgyrchiant yn bodoli eisoes, yn sgil y ffaith bod tyllau du aruthrol o anferth yn cyfuno â’i gilydd, y tarddle yw signal cyfunol llawer o dyllau du dwbl sy’n bell i ffwrdd ac yn creu sŵn cefndir i bob diben.

Bydd synwyryddion a gynlluniwyd at y dyfodol, megis y Laser Interferometer Space Antenna (LISA) sy’n rhan o brosiect gofod Asiantaeth Gofod Ewrop, yn helpu i unioni hyn i raddau, ond bydd dod o hyd i’r tyllau du dwbl mwyaf enfawr yn waith hynod heriol o hyd. 

Dyma a ddywedodd y cyd-awdur, yr Athro Lucio Mayer o Adran Astroffiseg Prifysgol Zurich: “Gan fod llwybr LISA bellach yn un pendant ar ôl i’r Asiantaeth ei fabwysiadu fis Ionawr diwethaf, bydd gofyn i’r gymuned werthuso’r strategaeth orau ar gyfer y genhedlaeth nesaf o synwyryddion disgyrchiant, yn bennaf o ran pa ystod amlder i ganolbwyntio arni.”

Cyhoeddwyd y papur, 'Imprints of massive black hole binaries on neighbouring decihertz gravitational-wave sources', yn Nature Astronomy.