Niesforne czarne dziury zderzyły się i rozbłysły. To dziwne, bo nie powinny

Zazwyczaj zderzenia tego typu nie emitują żadnego światła, ale astronomowie po raz pierwszy mają wrażenie, że udało im się zarejestrować promieniowanie z tego zdarzenia. Jeżeli tak byłoby to pierwsze „światło” pochodzące ze zderzenia dwóch czarnych dziur.

Zdecydowanie byłoby to wyjątkowe odkrycie, ponieważ czarne dziury jak dotąd nigdy nie emitowały promieniowania widzialnego w procesie łączenia się ze sobą. Nic w tym dziwnego, wszak czarne dziury są na tyle gęste i na tyle masywne, że nic nie jest w stanie wydostać się spod wpływu jej przyciągania grawitacyjnego, nawet światło.

Według artykułu opublikowanego w periodyku Physical Review Letters, wirując wokół siebie, czarne dziury zanurzone były w olbrzymim dysku gazu i pyłu rozciągającym się na całe lata świetlne i otaczającym trzecią czarną dziurę – supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki. Z uwagi na to, że obie wirujące wokół siebie czarne dziury zanurzone były w gazie i pyle, ich wirowanie oraz połączenie spowodowało powstanie swoistej fali uderzeniowej, która zderzyła się z otaczającym je gazem i pyłem, rozgrzewając je tak, że zaczęły świecić jaśniej niż zwykle. To właśnie to zaobserwowali astronomowie na Ziemi.

Całe zdarzenie zostało zarejestrowane za pomocą interferometrów LIGO i Virgo, które wyszukują delikatnych zmarszczek czasoprzestrzeni, tzw. fal grawitacyjnych. LIGO przeszło do historii w 2015 r. kiedy pozwoliło na zarejestrowanie pierwszych fal grawitacyjnych wyemitowanych w procesie łączenia dwóch czarnych dziur.

Od tego czasu LIGO oraz Virgo, który dołączył do niego w 2017 r., kolekcjonują kolejne odkrycia, odkrywając procesy łączenia czarnych dziur, gwiazd neutronowych, a czasami nawet czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Choć zderzeniom gwiazd neutronowych często towarzyszy rozbłysk świetlny, to przynajmniej dotychczas ani razu nie udało się zarejestrować takiego rozbłysku wyemitowanego w zderzeniu dwóch czarnych dziur. Teraz, dzięki unikalnemu otoczeniu układu dwóch czarnych dziur, udało dostrzec się pierwszy rozbłysk także w zakresie promieniowania widzialnego.

W ramach badań teoretycznych naukowcy sprawdzali jak zachowują się układy dwóch czarnych dziur zanurzone w gęstych dyskach pyłowo-gazowych otaczających supermasywne czarne dziury. Okazało się, że przynajmniej teoretycznie, powinny one rozgrzewać otaczającą je materię na tyle, aby dało się ją dostrzec za pomocą teleskopów na Ziemi.

Mając taką teorię w ręku naukowcy przysiedli do teleskopu Zwicky Transient Facility należącego do Caltech, obserwującego całe nocne niebo i poszukiwali za jego pomocą nietypowych zdarzeń, takich jak rozbłyski w odległych galaktykach.

Sześć miesięcy po tym jak interferometr LIGO zakończył nasłuchiwanie fal grawitacyjnych i w jego danych odkryto kolejne zderzenia masywnych obiektów, naukowcy postanowili porównać je z danymi z ZTF i sprawdzić czy zarejestrowane przez nich rozbłyski świetlne nie pokrywają się ze zderzeniami zarejestrowanymi przez LIGO.

Ich praca zatem ograniczyła się do dopasowania odpowiednich części nieba, i odpowiednich odległości od Ziemi. Poszukując identycznych zdarzeń naukowcy brali także pod uwagę fakt, że rozbłysk spowodowany zderzeniem powinien pojawić się 60 do 100 dni po faktycznym zderzeniu dwóch obiektów, ze względu na to, że dopiero po zderzeniu powstaje fala uderzeniowa, która musi uderzyć w otaczający je gaz i pył i odpowiednio mocno je rozgrzać.

Należy tutaj jednak podkreślić, że odkrycie jeszcze nie zostało ostatecznie potwierdzone. Złączenie dwóch czarnych dziur wykryte przez duet LIGO-Virgo jest wciąż jeszcze tylko kandydatem, a konsorcjum LIGO nie opublikowało jeszcze szczegółowych danych o tym zdarzeniu.

Gdy obie czarne dziury połączyły się ze sobą, to nowo powstała czarna dziura najprawdopodobniej została wyrzucona z dysku pyłowego. Niemniej jednak nadal będzie ona krążyła wokół supermasywnej czarnej dziury i prawdopodobnie wkrótce znowu przetnie gorący dysk gazowy rozgrzewając otaczającą ją materię i powodując kolejny rozbłysk. Jeżeli faktycznie do tego dojdzie za rok czy dwa, naukowcy będą mieli w ręku dodatkowe potwierdzenie swojego odkrycia.

Całkiem możliwe, że taki osobliwy taniec czarnych dziur zanurzonych w gigantycznym dysku gazowym może stanowić jedyną okazję „zobaczenia” procesu łączenia czarnych dziur w odległym wszechświecie.