Astronomowie obserwują rekordowe zderzenie dwóch czarnych dziur. W zderzeniu powstał obiekt, którego badacze poszukiwali od lat
Astronomowie najprawdopodobniej odkryli najmasywniejsze zderzenie dwóch czarnych dziur spośród dotychczas zarejestrowanych. Do chaotycznego połączenia się obu obiektów doszło około 7 mld lat temu, a właśnie teraz dotarł do nas wyemitowany wtedy sygnał.
W przedstawieniu udział wzięło dwóch aktorów: czarna dziura o masie 66 mas Słońca oraz druga czarna dziura o masie około 85 mas Słońca. Obie czarne dziury zbliżyły się do siebie, okrążając się pod koniec w tempie kilku razy na sekundę, aż doszło do zderzenia, w trakcie którego wyemitowane zostały potężne zmarszczki czasoprzestrzeni, które z prędkością światła rozleciały się po wszechświecie.
W zderzeniu powstała czarna dziura o masie 142 mas Słońca.
To niezwykle ważne odkrycie dla astronomów. Jak dotąd badacze byli w stanie wykryć i pośrednio obserwować czarne dziury należące do dwóch różnych kategorii: mniejsze czarne dziury o masie od 5 do 100 mas Słońca oraz supermasywne czarne dziury, jakie znajduje się w centrach galaktyk, charakteryzujące się masą milionów do miliardów mas Słońca.
Od lat astronomowie próbowali znaleźć czarne dziury o masie pośredniej (IMBH, ang. intermediate mass black hole), mieszczące się w zakresie od 100 do 1000 mas Słońca. Naukowcy byli przekonani, że takie obiekty też muszą gdzieś istnieć, ale nie byli w stanie znaleźć żadnych obiektów tego typu. Jak dotąd udało się zarejestrować kilka potencjalnych kandydatek na czarne dziury o masie pośredniej, ale wciąż nie potwierdzono, że faktycznie nimi są.
To prawdziwe brakujące ogniwo między czarnymi dziurami o masie kilkudziesięciu mas Słońca a tymi miliony razy masywniejszymi. To było wprost zdumiewające, że nie udaje nam się znaleźć nic o masie pośredniej
– mówi Salvatore Vitale, adiunkt w LIGO Lab na MIT zajmujący się falami grawitacyjnymi.
Najnowsze odkrycie opisane w periodykach Physical Review Letters oraz Astrophysical Journal Letters może stanowić pierwszą w historii detekcję narodzin czarnej dziury o masie pośredniej. Odkrycie potencjalnie może wyjaśnić dlaczego wszechświat wygląda tak jak wygląda, dlaczego usiany jest licznymi mniejszymi czarnymi dziurami i znacznie mniej licznymi supermasywnymi czarnymi dziurami w centrach galaktyk.
Jedna z teorii mówi, że supermasywne czarne dziury powstają, gdy stopniowo małe czarne dziury łączą się z innymi w coraz większe, aż w końcu osiągają gigantyczne rozmiary. Jeżeli jednak tak jest to we wszechświecie powinno być wiele galaktyk o masie pośredniej, stanowiących środkowe centrum ewolucji.
To właśnie dlatego astronomowie tak zaciekle ich poszukiwali – odkrycie IMBH może pomóc rozwiązać tę zagadkę
– mówi Vitale.
Gdyby nie fale grawitacyjne, nic byśmy nie widzieli.
Badacze odkryli proces łączenia mierząc delikatne zmarszczki czasoprzestrzeni, tzw. fale grawitacyjne wyemitowane w momencie połączenia się obu czarnych dziur. Choć fale grawitacyjne są gigantycznych rozmiarów w momencie emisji, to zanim dotrą do nas są już niezwykle delikatne i bardzo trudne do wykrycia.
Pierwsze fale grawitacyjne w historii udało się odkryć dopiero w 2015 r. choć ich istnienie Albert Einstein przewidział niemal 100 lat wcześniej. W ciągu ostatnich pięciu lat obserwatoria LIGO i Virgo zarejestrowały już 67 procesów łączenia czarnych dziur, gwiazd neutronowych i czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi.
Omawiane tutaj fale grawitacyjne potrzebowały blisko 7 mld lat, aby dotrzeć do Ziemi. Tym samym jest to najodleglejsze zderzenie czarnych dziur odkryte dotąd za pomocą LIGO lub Virgo. Zdarzenie GW190521 zostało zarejestrowane 21 maja 2019 r. i było na tyle delikatne, że ledwo udało się je wykryć. Obserwatoria LIGO i Virgo zarejestrowały jedynie cztery małe fale trwające zaledwie 0,1 s. Po przeanalizowaniu zebranych danych naukowcy ustalili, że w momencie połączenia obu czarnych dziur, zaledwie w ułamku sekundy w czystą energię fali grawitacyjnej zamieniona została masa o równowartości siedmiu mas Słońca.
Astronomowie szacują, że zdarzenia tego typu są dużo rzadsze od procesów łączenia mniejszych czarnych dziur. Według Vitale na każde zdarzenie tego typu przypada 500 procesów łączenia mniejszych czarnych dziur. Naukowcy spodziewają się kolejnych odkryć tego typu.
Aktualnie LIGO i Virgo wyłączone są z użytku i nie nasłuchują fal grawitacyjnych. Ponowne włączenie detektorów, już z pewnymi usprawnieniami, planowane jest na koniec przyszłego roku. Wtedy oba obserwatoria będą charakteryzowały się jeszcze większą czułością.
