Tyllau duon o 'bob siâp a maint' mewn catalog tonnau disgyrchiant newydd

Mae'r catalog mwyaf erioed o donnau disgyrchiant a nodwyd wedi'i ryddhau heddiw, ar ôl i rwydwaith byd-eang o synwyryddion gofnodi nifer fawr o donnau mewn gofod-amser.

Cafodd ôl-ganlyniadau digwyddiadau seryddol enfawr, gan gynnwys achosion prin o sêr niwtron a thyllau duon yn uno, eu nodi gan dîm rhyngwladol o wyddonwyr sy’n cynnwys arbenigwyr o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Prifysgol Caerdydd.

Mae cyfanswm o 35 o donnau disgyrchiant newydd wedi'u disgrifio yn y papur heddiw, a gyhoeddwyd yn XX. Mae hynny’n golygu bod cyfanswm o 90 o donnau disgyrchiant wedi’u nodi ers i’r cyntaf gael ei nodi yn 2015.

Mae’r catalog yn dogfennu’r tonnau disgyrchiant a nodwyd rhwng mis Tachwedd 2019 a mis Mawrth 2020 drwy ddefnyddio dau synhwyrydd Arsyllfa Tonnau Disgyrchiant yr Ymyriaduron Laser (LIGO) yn nhaleithiau Louisiana a Washington yr Unol Daleithiau a’r synhwyrydd Virgo yn yr Eidal.

O'r 35 o’r tonnau disgyrchiant a nodwyd, mae’n debygol iawn bod 32 ohonynt wedi’u hachosi gan dyllau duon yn uno. Mae dau dwll du sy’n troi o gwmpas ei gilydd ac yn uno â’i gilydd yn y diwedd yn ddigwyddiad sy’n achosi tonnau disgyrchiant.

Roedd dau o'r 35 o donnau disgyrchiant a nodwyd yn debygol o fod wedi’u hachosi gan seren niwtron a thwll du’n uno. Dyma ddigwyddiad llawer mwy prin, a dim ond yn ystod cyfnod arsylwi diweddaraf synwyryddion LIGO a Virgo y cafodd digwyddiad o’r fath ei nodi.

Yn un o’r digwyddiadau prin hyn, ymddengys bod twll du enfawr (tua 33 gwaith màs ein haul) a seren niwtron màs isel iawn (tua 1.17 gwaith màs ein haul) yn uno.

Dyma un o’r sêr niwtron màs isaf a nodwyd erioed, naill ai oherwydd tonnau disgyrchiant neu arsylwadau electromagnetig.

Ers i’r don disgyrchiant gyntaf gael ei nodi yn 2015, mae gwyddonwyr wedi mynd o nodi’r dirgryniadau hyn yn strwythur y bydysawd am y tro cyntaf i nodi llawer o ddigwyddiadau bob mis erbyn hyn, a hyd yn oed sawl digwyddiad ar yr un diwrnod.

Er mwyn sicrhau’r cynnydd aruthrol hwn, mae'r offerynnau arloesol wedi dod yn fwy sensitif, diolch i raglen o waith uwchraddio a chynnal a chadw cyson. Yn ystod y trydydd cyfnod arsylwi, sicrhaodd y synwyryddion eu canlyniadau gorau erioed, gan fod pŵer y laserau hyd yn oed yn uwch.

Dywedodd Dr Katherine Dooley o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant y Brifysgol: "Roedd nodi’r nifer fawr o donnau disgyrchiant newydd yn y trydydd cyfnod arsylwi’n bosibl oherwydd rhai gwelliannau a wnaed i’r synwyryddion a oedd eisoes yn hynod sensitif, fel defnyddio technoleg cyflyrau golau gwasgedig a phŵer laser uwch.

"Gwnaeth sawl gwelliant arall hefyd helpu, fel lleihau golau diangen â sawl baffl newydd a gwella’r gorchudd optegol ar y drychau sy'n adlewyrchu'r paladrau laser."

Wrth i nifer y tonnau disgyrchiant sy’n cael eu nodi gynyddu, mae gwyddonwyr hefyd wedi gwella eu technegau dadansoddi i sicrhau bod y canlyniadau’n llai gwallus. Mae'r catalog cynyddol o donnau disgyrchiant a nodwyd yn galluogi astroffisegwyr i astudio priodweddau tyllau duon a sêr niwtron yn fanylach nag erioed.

Dywedodd Dr Vaibhav Tiwari o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant y Brifysgol: "Drwy fesur tonnau disgyrchiant, rydym yn darganfod yn raddol sut mae màs, sbin a phellter y gwrthrychau bach hyn wedi’u dosbarthu, gan gynnwys patrymau diddorol newydd.

"Mae llawer o'r rhain yn rhoi gwybodaeth newydd a dyfnach am sut mae’r sêr dwbl bach hyn yn ffurfio. Gallwn ddisgwyl sicrhau dealltwriaeth fwy cyflawn yn y dyfodol agos iawn.”

Mae synwyryddion LIGO a Virgo wrthi’n cael eu gwella cyn y pedwerydd cyfnod arsylwi sydd ar ddod, y mae disgwyl iddo ddechrau’r haf nesaf.

Bydd y synhwyrydd KAGRA yn Japan hefyd yn rhan o’r cyfnod arsylwi llawn nesaf. Ac yntau wedi'i leoli'n ddwfn o dan fynydd, daeth cyfnod arsylwi cyntaf a llwyddiannus KAGRA i ben yn 2020, ond nid yw eto wedi arsylwi ar y cyd â synwyryddion LIGO a Virgo.