Vysvetlenie: Dve čierne diery sa spojili pred miliardami rokov, ale vedcov to teraz mätie

LIGO a Virgo detegujú signály z gravitačných vĺn uvoľnených pri fúzii. Jedna z dvoch rodičovských čiernych dier mala nezvyčajnú strednú hmotnosť, čo spochybňuje tradičné vedecké poznatky. Čo sa všeobecne chápe a čo vysvetľuje túto nezvyčajnú veľkosť?

Umelcov koncept ilustrujúci hierarchickú schému spájania čiernych dier. (Kredit: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

Pred miliardami rokov kolízia dvoch čiernych dier vyslala gravitačné vlny, ktoré sa vlnili vesmírom. V roku 2019 boli signály z týchto vĺn detekované v observatóriu gravitačných vĺn LIGO (Spojené štáty americké) a detektor Virgo (Taliansko).

Čo však vedcov vzrušilo, je hmotnosť jednej z rodičovských čiernych dier, ktorá popiera tradičné poznatky o tom, ako čierne diery vznikajú.

Objav a analýza sú opísané v dvoch výskumných prácach. Jeden, v Fyzické kontrolné listy , podrobne opisuje objav a navrhuje možné spôsoby, ako mohlo dôjsť k nezvyčajnej fúzii. Druhý papier, v The Astrophysical Journal Letters , hovorí o fyzikálnych vlastnostiach signálu.

Čo presne sa zistilo?

Bol to signál z gravitačnej vlny, relatívne nové pole objavov. Gravitačné vlny sú neviditeľné vlnky, ktoré vznikajú pri výbuchu hviezdy v supernove; keď dve veľké hviezdy obiehajú okolo seba; a keď sa spoja dve čierne diery. Gravitačné vlny, ktoré sa pohybujú rýchlosťou svetla, stláčajú a naťahujú čokoľvek, čo im stojí v ceste.

Gravitačné vlny navrhol Albert Einstein vo svojej Všeobecnej teórii relativity pred viac ako storočím. Avšak až v roku 2015 bola skutočne zistená prvá gravitačná vlna — LIGO. Odvtedy došlo k niekoľkým následným detekciám gravitačných vĺn.

Signál zistený na LIGO a Panne, ako je opísaný v LIGO Collaboration, pripomínal asi štyri krátke zavrtenia a trval menej ako jednu desatinu sekundy.

odkiaľ to prišlo?

Následná analýza naznačila, že GW190521 s najväčšou pravdepodobnosťou vznikol spojením dvoch čiernych dier. Signál pravdepodobne predstavoval okamih, keď sa tieto dva zlúčili. Vypočítalo sa, že pochádza zo vzdialenosti približne 17 miliárd svetelných rokov az doby, keď bol vesmír približne v polovici veku.

Tieto zistenia však viedli k ďalším otázkam. Jedna z dvoch splývajúcich sa čiernych dier spadá do stredného hmotnostného rozsahu - nesprávne prispôsobenie, ktoré nemožno vysvetliť tradičnými znalosťami o tom, ako sa tvoria čierne diery.

Prečo je to nezvyčajné?

Všetky doteraz pozorované čierne diery patria do jednej z dvoch kategórií. Jedna kategória sa pohybuje medzi niekoľkými hmotnosťami Slnka (jedna hmotnosť Slnka je hmotnosť nášho Slnka) a desiatkami hmotností Slnka. Predpokladá sa, že vznikajú, keď masívne hviezdy umierajú.

Ďalšou kategóriou sú supermasívne čierne diery. Tie sa pohybujú od stoviek tisíc až po miliardy krát väčšie ako naše slnko.

Podľa tradičných poznatkov hviezdy, ktoré by mohli zrodiť čierne diery medzi 65 a 120 hmotnosťami Slnka, to nerobia – hviezdy v tomto rozsahu sa po smrti rozpadnú bez toho, aby sa zrútili do čiernej diery.

Ale pri zlúčení vedúcej k signálu GW190521 mala väčšia čierna diera 85 hmotností Slnka — v tomto neočakávanom rozsahu, známom ako hmotnostná medzera nestability páru. Je to vôbec prvá pozorovaná čierna diera so strednou hmotnosťou. (V skutočnosti je aj menšia čierna diera hraničná, má 66 hmotností Slnka.)

Tieto dva sa spojili a vytvorili novú čiernu dieru s hmotnosťou približne 142 hmotností Slnka. Energia ekvivalentná ôsmim slnečným hmotám sa uvoľnila vo forme gravitačných vĺn, čo viedlo k najsilnejšej vlne, akú kedy vedci zachytili.

Ako mohla vzniknúť čierna diera nezvyčajnej hmotnosti?

Výskumníci naznačujú, že čierna diera s hmotnosťou 85 slnečnej hmotnosti nebola produktom kolabujúcej hviezdy, ale bola sama výsledkom predchádzajúcej fúzie. Vznikla zrážkou dvoch čiernych dier a je pravdepodobné, že nová čierna diera sa potom zlúčila s čiernou dierou s hmotnosťou 66 slnečnej hmotnosti, čo viedlo ku gravitačným vlnám a signálu prijatému LIGO a Virgo.

Zdieľajte So Svojimi Priateľmi: