Pojasnjeno: Dve črni luknji sta se združili pred milijardami let, zdaj pa to zbuja znanstvenike

LIGO in Virgo zaznavata signale gravitacijskih valov, ki se sproščajo pri združitvi. Ena od dveh matičnih črnih lukenj je imela nenavadno vmesno maso, kar izziva tradicionalno znanstveno znanje. Kaj je splošno razumljeno in kaj pojasnjuje to nenavadno velikost?

Umetnikov koncept, ki ponazarja hierarhično shemo za spajanje črnih lukenj. (Zasluge: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

Pred milijardami let je trčenje dveh črnih lukenj povzročilo, da so gravitacijski valovi valovili po vesolju. Leta 2019 so bili signali iz teh valov odkrili na observatoriju gravitacijskih valov LIGO (ZDA) in detektor Virgo (Italija).

Kar pa je znanstvenike navdušilo, je masa ene od matičnih črnih lukenj, ki kljubuje tradicionalnemu znanju o tem, kako nastanejo črne luknje.

Odkritje in analiza sta opisana v dveh raziskovalnih prispevkih. Ena, notri Pisma o fizičnem pregledu , podrobno opisuje odkritje in predlaga možne načine, na katere bi lahko prišlo do nenavadne združitve. Drugi papir, v The Astrophysical Journal Letters , obravnava fizične lastnosti signala.

Kaj točno je bilo zaznano?

To je bil signal gravitacijskega vala, razmeroma novo področje odkritij. Gravitacijski valovi so nevidni valovi, ki nastanejo, ko zvezda eksplodira v supernovi; ko dve veliki zvezdi krožita med seboj; in ko se dve črni luknji združita. Gravitacijski valovi, ki potujejo s svetlobno hitrostjo, stisnejo in raztegnejo vse na svoji poti.

Gravitacijske valove je predlagal Albert Einstein v svoji splošni teoriji relativnosti pred več kot stoletjem. Šele leta 2015 pa je prvi gravitacijski val dejansko zaznal - LIGO. Od takrat je prišlo do številnih kasnejših zaznav gravitacijskih valov.

Signal, zaznan pri LIGO in Virgo, kot ga opisuje LIGO Collaboration, je spominjal na približno štiri kratke premike in je trajal manj kot desetino sekunde.

od kod je prišel?

Nadaljnja analiza je pokazala, da je GW190521 najverjetneje nastal z združitvijo dveh črnih lukenj. Signal je verjetno predstavljal trenutek, ko sta se združila. Izračunano je bilo, da prihaja iz približno 17 milijard svetlobnih let oddaljenosti in iz časa, ko je bilo vesolje približno polovico starejše od njega.

Toda te ugotovitve so povzročile dodatna vprašanja. Ena od dveh črnih lukenj, ki se združuje, spada v vmesni masni razpon - neskladje, ki ga ni mogoče razložiti s tradicionalnim znanjem o tem, kako nastanejo črne luknje.

Zakaj je nenavadno?

Vse doslej opažene črne luknje spadajo v eno od dveh kategorij. Ena kategorija se giblje med nekaj sončnimi masami (ena sončna masa je masa našega Sonca) in desetinami sončnih mas. Menijo, da nastanejo, ko velike zvezde umrejo.

Druga kategorija so supermasivne črne luknje. Ti se gibljejo od sto tisoč do milijard krat več kot naše sonce.

Po tradicionalnem znanju zvezde, ki bi lahko rodile črne luknje med 65 in 120 sončnimi masami, tega ne počnejo – zvezde v tem območju se ob smrti razstrelijo, ne da bi se zrušile v črno luknjo.

Toda pri združitvi, ki je privedla do signala GW190521, je bila večja črna luknja s 85 sončnimi masami - kar je v tem nepričakovanem območju, znanem kot masna vrzel nestabilnosti para. To je prva črna luknja vmesne mase, ki so jo kdaj opazili. (Pravzaprav je tudi manjša črna luknja mejna, pri 66 sončnih masah.)

Oba sta se združila in ustvarila novo črno luknjo s približno 142 sončnimi masami. Energija, ki je enaka osmim sončnim masam, se je sprostila v obliki gravitacijskih valov, kar je privedlo do najmočnejšega valovanja, ki so ga doslej odkrili znanstveniki.

Kako je lahko nastala črna luknja nenavadne mase?

Raziskovalci domnevajo, da črna luknja s 85-sončno maso ni bila produkt kolapsirajoče zvezde, ampak je bila sama rezultat prejšnje združitve. Nastala zaradi trka dveh črnih lukenj, je verjetno, da se je nova črna luknja nato združila s črno luknjo s 66-sončno maso, kar je privedlo do gravitacijskih valov in signala, ki sta ga prejela LIGO in Virgo.

Delite S Prijatelji: