Kosmiczny Pac-Man pożarł coś masywnego. Nie pasuje czarna dziura ani gwiazda neutronowa
Kończąc swoje życie najmasywniejsze gwiazdy zapadają się pod wpływem własnej grawitacji, pozostawiając po sobie czarne dziury. Jeżeli są nieco mniej masywne eksplodują jako supernowe i pozostawiają po sobie niezwykle gęste gwiazdy neutronowe.
Od kilkudziesięciu lat astronomowie zastanawiają się jakie obiekty znajdują się w przerwie między czarnymi dziurami a gwiazdami neutronowymi. Najbardizej masywna znana nauce gwiazda neutronowa ma masę mniejszą niż 2,5 masy Słońca, a najlżejsza czarna dziura ma masę około pięciu mas Słońca. Co znajduje się w luce między nimi?
Ten obiekt nie pasuje do żadnej kategorii
Teraz naukowcy analizujący dane z interferometrów LIGO oraz Virgo odkryli obiekt o masie 2,6 masy Słońca, czyli znajdujący się zdecydowanie w luce masowej. Obiekt odkryto 14 sierpnia 2019 r., gdy łączył się z czarną dziurą o masie 23 mas Słońca, emitując przy tym fale grawitacyjne, które zostały zarejestrowane przez LIGO i Virgo. Artykuł opisujący odkrycie został zaakceptowany do publikacji w periodyku The Astrophysical Journal Letters.
Kilkadziesiąt lat czekaliśmy na rozwiązanie tej zagadki. Nie wiemy na razie czy to była najmasywniejsza znana gwiazda neutronowa, czy najlżejsza czarna dziura. Tak czy inaczej – obiekt ten pobił rekord w swojej kategorii
– mówi prof. Vicky Kalogera z Uniwersytetu Northwestern.
Z pewnością teraz zmieni się sposób w jaki naukowcy mówią o gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach. Luka masowa może w ogóle nie istnieć, a jedynie być wynikiem naszych ograniczeń obserwacyjnych. Prędzej czy później się tego dowiemy
– mówi prof. Patrick Brady z Uniwersytetu Wisconsin w Milwaukee.
Proces łączenia dwóch obiektów, oznaczony GW190814, doprowadził do powstania czarnej dziury o masie 25 mas słońca (część masy została przekształcona w energię fal grawitacyjnych). Nowo powstała czarna dziura oddalona jest od o nas o 800 mln lat świetlnych.
Stosunek mas obu łączących się obiektów wynosił w tym przypadku 9:1 i był największy ze wszystkich dotąd zarejestrowanych źródeł fal grawitacyjnych.
Interferometry LIGO-Virgo zarejestrowało ostatnio także proces połączenia dwóch czarnych dziur, których stosunek mas wynosił 4:1 – zdarzenie to oznaczono GW190412.
Zdarzenie to stanowi wyzwanie dla obecnych modeli teoretycznych opisujących procesy łączenia obiektów kompaktowych o tak różnej masie. Tajemniczym obiektem mogła być gwiazda neutronowa łącząca się z czarną dziurą, a takiego procesu jeszcze nie obserwowano. Jednak zważając na masę 2,6 razy większą od Słońca, czyli wyższą od przewidywanej maksymalnej masy gwiazdy neutronowej, równie możliwe jest, że była to jak dotąd najmniejsza zaobserwowana czarna dziura
– mówi Kalogera.
Gdy inżynierowie pracujący przy interferometrach dostrzegli w danych opisywany tutaj proces łączenia dwóch obiektów, natychmiast rozesłali po świecie informacje o tym. Dzięki temu dziesiątki teleskopów naziemnych i kosmicznych skierowało swoje zwierciadła w stronę sygnału starając się dostrzec jakikolwiek odpowiednik w zakresie widzialnym.
Niestety żaden teleskop niczego nie zarejestrował. Jak dotąd tylko raz – w sierpniu 2017 r. – udało się dostrzec błysk związany z zarejestrowanymi chwilę wcześniej falami grawitacyjnymi. Sygnał ten pochodził ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych.
Naukowcy przypuszczają, że zdarzenie zarejestrowane w sierpniu 2019 r. nie miało odpowiednika w zakresie widzialnym z kilku powodów. Po pierwsze, doszło do niego sześć razy dalej niż zdarzenie z 2017 r. Po drugie, jeżeli w zderzeniu brały udział dwie czarne dziury, to z założenia nie emitują one żadnego światła. Po trzecie, jeżeli w zderzeniu faktycznie brała udział masywna gwiazda neutronowa, to 9-krotnie masywniejsza czarna dziura mogła pochłonąć ją po prostu w całości, przez co także i tutaj nie doszłoby do emisji żadnego światła.
To zdarzenie powinno kojarzyć się z Pac-Manem.
Kalogera przyznaje, że ten ostatni scenariusz przypomina Pac-Mana pożerającego małą kropkę stojącą na jego drodze. Masywna czarna dziura po prostu połyka gwiazdę neutronową, bez rozgryzania jej po drodze.
Skąd naukowcy kiedykolwiek dowiedzą się, czy tajemniczym obiektem była gwiazda neutronowa czy czarna dziura? W tym konkretnym przypadku się nie dowiedzą, ale w dalszych obserwacjach za pomocą interferometrów LIGO, Virgo i innych być może uda się zarejestrować kolejne zdarzenia tego typu, które pozwolą nam ustalić jakie obiekty zamieszkują pustą dotychczas lukę masową.
Luka masowa od dekad stanowiła interesującą zagadkę. Teraz udało nam się znaleźć obiekt, który do niej należy. Nie da się go wyjaśnić bez podważania naszej wiedzy o ekstremalnie gęstej materii ani o ewolucji gwiazd. Zdecydowanie jest to potencjał na rewolucyjne odkrycie właśnie za pomocą obserwacji fal grawitacyjnych, czyli nowego okna na wszechświat
– podsumowuje Pedro Marronetti, dyrektor programu fal grawitacyjnych w National Science Foundation (NSF).
