Cały wszechświat zaczął drżeć. Zderzyły się dwie czarne dziury

Naukowcy z międzynarodowego zespołu LIGO-Virgo-KAGRA zarejestrowali coś, co dosłownie wymyka się dotychczasowym teoriom. 23 listopada 2023 r. wykryto fale grawitacyjne pochodzące z najpotężniejszego znanego zderzenia czarnych dziur w historii. Wydarzenie to, nazwane GW231123, może podważyć nasze dotychczasowe rozumienie ewolucji gwiazd i formowania się czarnych dziur.

Choć od rejestracji tego wydarzenia minęły niemal dwa lata, dane i wyniki badań ujawniono dopiero teraz.

W samym centrum tej kosmicznej eksplozji znalazły się dwie czarne dziury o masach 100 i 140 razy większych od masy Słońca. Kiedy zderzyły się z prędkościami bliskimi prędkości światła, powstała jedna gigantyczna czarna dziura o masie 225 mas Słońca. Różnica, 15 mas słońca, nie zniknęła jednak bez śladu.

Została zamieniona w czystą energię i rozeszła się po wszechświecie w formie fal grawitacyjnych, które miliony lat później zostały zarejestrowane przez sieć detektorów na Ziemi.

Dla porównania dotychczasowy rekord należał do sygnału GW190521 z 2021 r., w którym powstała czarna dziura o masie „zaledwie” 140 Słońc. Nowe odkrycie niemal podwaja ten wynik. To tak, jakby czarna dziura połknęła całą gromadę gwiazdowych olbrzymów i jeszcze miała miejsce na deser.

To nie jest zwykłe astronomiczne odkrycie. Tak masywne czarne dziury nie powinny powstać w naturalny sposób, przynajmniej według obecnie obowiązujących modeli ewolucji gwiazd. Naukowcy nie kryją zaskoczenia. Jak mówi prof. Mark Hannam z Cardiff University, „czarne dziury tej wielkości są zabronione przez standardowe modele formowania się gwiazd”.

Więc jak to możliwe? Jedna z hipotez mówi, że te potwory powstały w wyniku wcześniejszych zderzeń mniejszych czarnych dziur. To jak matrioszka w skali galaktycznej: czarna dziura rodzi się z innej czarnej dziury, która wcześniej powstała z jeszcze mniejszej.

Jeśli to prawda, mamy do czynienia z początkiem odkrycia „czarnych dziur drugiego pokolenia”, obiektów tworzonych przez wielokrotne kolizje w ekstremalnych środowiskach, takich jak gęste gromady gwiazd.

Ale masa to nie wszystko. To, co jeszcze bardziej zaskoczyło naukowców, to sposób, w jaki czarne dziury się poruszały. Analiza sygnału sugeruje, że przynajmniej jedna z nich wirowała z prędkością bliską maksymalnej dopuszczonej przez ogólną teorię względności Einsteina.

Takie obroty, dosłownie na granicy tego, co pozwala fizyka, są trudne do zrozumienia i modelowania. Charlie Hoy z University of Portsmouth przyznaje, że „to doskonałe studium przypadku do rozwijania nowych narzędzi teoretycznych”. Sygnał GW231123 był bowiem nie tylko najsilniejszy, ale i najbardziej skomplikowany spośród dotąd zarejestrowanych.

Więcej na Spider's Web:

Detekcja GW231123 nie byłaby możliwa bez trójki kosmicznych detektywów: amerykańskiego LIGO, europejskiego Virgo i japońskiego KAGRA. Te ultrasensywne detektory, działające jak gigantyczne laserowe linijki, mierzą mikroskopijne zmiany w długości ramion interferometrów, wywołane przechodzącą falą grawitacyjną.

Współpraca tych trzech obserwatoriów w ramach sieci LVK zaowocowała już ponad wykryciem zderzeń 300 czarnych dziur. Tylko w czwartej kampanii obserwacyjnej, trwającej od 2023 r., zarejestrowano ich ponad 200. Ale żadna z nich nie była tak spektakularna jak GW231123.

Gravitacyjne fale to zjawisko przewidziane już w 1915 r. przez Alberta Einsteina, ale potwierdzone dopiero w 2015 roku. Wtedy to detektory LIGO zarejestrowały pierwszą falę, GW150914, będącą efektem zderzenia czarnych dziur o łącznej masie 62 Słońc. To odkrycie otworzyło nową erę astronomii, w której „słyszymy” kosmos, a nie tylko go widzimy.

GW231123 to sygnał, który dosłownie przerasta nasze modele i zrozumienie. Jest jak głos z głębin wszechświata, który mówi: jeszcze nie wiecie wszystkiego. Być może jesteśmy właśnie świadkami początku nowego rozdziału w astrofizyce, rozdziału, w którym reguły pisane są na nowo przez czarne dziury większe, szybsze i bardziej nieprzewidywalne, niż kiedykolwiek przypuszczaliśmy.