Najpotężniejsza kolizja czarnych dziur, jaką wykryto. Jej owoc to obiekt, który wypełnił lukę w nauce

Po Wszechświecie rozchodzą się fale grawitacyjne, czyli przemieszczające się z prędkością światła w próżni odkształcenia w czasoprzestrzeni. Są wytwarzane przez ekstremalne zjawiska astrofizyczne i czasem udaje się je wyłapać.

Niedawno, dzięki specyficznemu sygnałowi fali grawitacyjnej wykrytej 21 maja 2019 roku przez detektory Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) z Ameryki i Virgo z Włoch, astronomowie odkryli, że w odległości siedmiu miliardów lat świetlnych od naszej planety znajduje się czarna dziura powstała poprzez połączenie się dwóch mniejszych tego typu obiektów.

Prawie każdy potwierdzony do tej pory sygnał fal grawitacyjnych pochodził z łączenia się dwóch czarnych dziur lub dwóch gwiazd neutronowych. Jednak to najnowsze połączenie jest jak dotąd najbardziej masywne. Naukowcy obliczyli, że nowo powstała czarna dziura ma masę 142 razy większą niż Słońce. Jak stwierdzili, jest to czarna dziura o masie pośredniej, co oznacza, że jej masa jest większa niż masa gwiezdna, ale jednocześnie mniejsza niż masa supermasywnych czarnych dziur. Energia, jaka została uwolniona przez połączenie się tych dwóch ciał niebieskich, mogła równać się energii wytworzonej przez osiem Słońc.

W środę w czasopismach naukowych ukazały się na ten temat dwa artykuły. Pierwszy z nich - z czasopisma "Physical Review Letters" - dotyczył zdarzenia związanego z falą grawitacyjną. Drugi, opublikowany w "Astrophysical Journal Letters", szczegółowo opisał konsekwencje zderzenia czarnych dziur.

Wiele lat poszukiwano obiektu, który udowodniłby, że czarne dziury o masie pośredniej istnieją.

- Długo szukaliśmy czarnej dziury o masie pośredniej, aby wypełnić lukę między masą gwiezdną a supermasywną czarną dziurą. Teraz mamy dowód, że takie pośrednie czarne dziury też istnieją - stwierdził Christopher Berry, członek zespołu naukowego badającego odczyty LIGO i profesor Centrum Interdyscyplinarnych Badań i Astrofizyki Uniwersytetu Northwestern.

Według zapisu danych fala grawitacyjna trwała tylko około jednej dziesiątej sekundy i pochodziła z obszaru oddalonego od naszej planety o około siedem miliardów lat świetlnych. Jak dotąd to najodleglejszy punkt w kosmosie, z którego udało się odebrać informacje.

Zdarzenie postanowiono nazwać GW190521.

Naukowcy wskazują na dwie główne kategorie czarnych dziur. Pierwsza grupa to te, które powstają w wyniku umierania masywnych gwiazd. Dochodzi wtedy do zapadania się ich pod własnym ciężarem - w jądrze gwiazdy dochodzi do skomplikowanych reakcji termojądrowych, bez wystarczającego ciśnienia, by podtrzymać zewnętrzne warstwy. Jednak, co ważne, czarne dziury nie powstają w przypadku umierania gwiazd o masie równej od 65 do 120 mas naszego Słońca. Wtedy zamiast czarnej dziury powstają supernowe. Druga kategoria czarnych dziur znajduje się w centrach galaktyk, są to tak zwane supermasywne czarne dziury, a ich masa może być miliardy razy większa od naszego Słońca.

Obie czarne dziury przed połączeniem były najprawdopodobniej pozostałościami po umarłych gwiazdach. Ich masa wynosiła 85 i 66 mas Słońca, więc z teoretycznego punktu widzenia nie powinny powstać. Czemu stało się inaczej?

- Jest wiele pomysłów, takich jak na przykład uprzednie połączenie się dwóch umarłych gwiazd, przebywanie w bogatym otoczeniu, dzięki któremu mogły wzrosnąć i nabrać swojej masy, oba ciała mogły także powstać jeszcze za czasu Wielkiego Wybuchu - opisywał Berry. - Przypuszczamy też, że zanim złączyły się w czarną dziurę o masie pośredniej, same mogły być sumą dwóch mniejszych czarnych dziur - dodał.

Możliwość, dzięki której czarna dziura powstała prawdopodobnie przez połączenie dwóch mniejszych czarnych dziur, została uwzględniona przez badaczy w drugim badaniu.

- Po tylu obserwacjach fal grawitacyjnych od czasu pierwszego odkrycia w 2015 roku, ekscytujące jest to, że wszechświat wciąż bombarduje nas nowymi rzeczami, a ta nowo powstała dziura ma kształt zakrzywionej kuli - powiedział Chase Kimball, współautor studium, członek LIGO i doktorant astronomii.

- To wydarzenie daje więcej pytań niż odpowiedzi - stwierdził Alan Weinstein, także członek LIGO i profesor fizyki na Politechnice Kalifornijskiej.

Naukowcy zastanawiają się, czy tak niewiarygodnie krótki sygnał mógł powstać przez połączenie czarnych dziur, a nie przez zupełnie inne źródło. By mieć większe pole do badań, w przyszłym roku w obserwacje zostanie włączony jeden z japońskich detektorów.

Autor: kw / Źródło: CNN