Datgelu tarddiad tyllau du yn sgil eu troelli, yn ôl astudiaeth

Gall maint a throelli tyllau du ddatgelu gwybodaeth bwysig am sut a ble y cawson nhw eu ffurfio, yn ôl ymchwil newydd.

Mae’r astudiaeth, dan arweiniad gwyddonwyr ym Mhrifysgol Caerdydd, yn profi’r syniad bod llawer o’r tyllau du a arsylwyd gan seryddwyr wedi cyfuno â’i gilydd sawl gwaith o fewn amgylcheddau poblog iawn sy’n cynnwys miliynau o sêr.

Aeth y tîm ati i archwilio catalog cyhoeddus y 69 o ddigwyddiadau tonnau disgyrchol a oedd yn cynnwys tyllau duon deuaidd a ganfuwyd gan Arsyllfa Tonnau Disgyrchol Ymyriadur Laser (LIGO) ac Arsyllfa Virgo i gael cliwiau am y cyfuniadau hyn y naill ar ôl y llall sydd, ym marn y tîm, yn creu tyllau du â phatrymau troelli penodol.

Darganfuon nhw fod troelliad twll du yn newid pan fydd yn cyrraedd màs penodol, gan awgrymu y gallai fod y troelli wedi'i greu yn sgil cyfres o gyfuniadau niferus blaenorol.

Mae eu hastudiaeth, a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Physical Review: Letters, yn dangos sut y gall mesuriadau troelli ddatgelu hanes ymffurfio twll du, gan gynnig cam ymlaen tuag at ddeall tarddiad amrywiol y ffenomenau astroffisegol hyn.

Dyma a ddywedodd awdur arweiniol yr astudiaeth Dr Fabio Antonini yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth y Brifysgol: “Wrth inni arsylwi mwy o dyllau du sy’n cyfuno â’i gilydd gan ddefnyddio synwyryddion tonnau disgyrchol megis un LIGO a Virgo, mae'n dod yn fwyfwy amlwg bod gan dyllau du fasau a throelliadau amrywiol, gan awgrymu efallai eu bod wedi ymffurfio mewn ffyrdd gwahanol. Fodd bynnag, maedod o hyd i ba un o’r sefyllfaoedd ffurfio hyn sydd fwyaf cyffredin wedi bod yn heriol.”

Daeth y tîm o hyd i drothwy màs amlwg, a hynny’n fanwl gywir, yn y data ar donnau disgyrchol wrth i droelliadau tyllau du newid yn gyson.

Maen nhw'n dweud bod y patrwm hwn yn cyd-fynd â’r modelau presennol sy'n tybio bod tyllau du yn cael eu cynhyrchu yn sgil gwrthdaro dro ar ôl tro mewn clystyrau yn hytrach nag mewn amgylcheddau eraill pan fydd dosraniadau’r troelli yn wahanol.

Mae'r canlyniad hwn yn cefnogi presenoldeb cadarn sy’n gymharol annibynnol ar fodelau er mwyn adnabod y mathau hyn o dyllau du, rhywbeth sydd wedi bod yn anodd ei gadarnhau hyd yn hyn, yn ôl y tîm.

Ychwanegodd Dr Isobel Romero-Shaw, cyd-awdur a chymrawd ôl-ddoethurol ym Mhrifysgol Caergrawnt: “Mae ein hastudiaeth yn rhoi inni ffordd rymus ar sail data i adnabod gwreiddiau hanes ffurfio twll du, gan ddangos bod y ffordd y mae’n troelli yn ddangosydd cryf ei fod yn perthyn i grŵp o dyllau du â màs uchel sy’n ymffurfio mewn clystyrau sêr hynod o boblog lle bydd tyllau bach du yn gwrthdaro dro ar ôl tro ac yn cyfuno â’i gilydd.”

Bellach, bydd eu hastudiaeth yn helpu astroffisegwyr i fireinio modelau cyfrifiadurol sy'n efelychu ffurfiant tyllau duon, gan helpu’r ffordd y bydd y gwaith o ddarganfod tonnau disgyrchol yn cael ei ddehongli yn y dyfodol.

Ychwanegodd Thomas Callister, un o gyd-awduron yr astudiaeth a chymrawd ôl-ddoethurol ym Mhrifysgol Chicago: “Bydd cydweithio ag ymchwilwyr eraill a defnyddio dulliau ystadegol uwch yn ein helpu i gadarnhau ac ehangu ein canfyddiadau, yn enwedig wrth inni symud tuag at synwyryddion y genhedlaeth nesaf.

“Hwyrach y bydd Telesgop Einstein, er enghraifft, yn gallu canfod hyd yn oed mwy o dyllau du enfawr a’n helpu i ddeall eu gwreiddiau mewn ffyrdd newydd.”

Cyhoeddwyd y papur, 'A Star Cluster Population of High Mass Black Hole Mergers in Gravitational Wave Data', yn Physical Review Letters.