Objašnjeno: Dvije crne rupe spojile su se prije više milijardi godina, ali to sada zbunjuje znanstvenike

LIGO i Virgo detektiraju signale gravitacijskih valova koji se oslobađaju pri spajanju. Jedna od dvije matične crne rupe bila je neobične srednje mase, što dovodi u pitanje tradicionalno znanstveno znanje. Što se općenito razumije i što objašnjava ovu neobičnu veličinu?

Umjetnički koncept koji ilustrira hijerarhijsku shemu za spajanje crnih rupa. (Zasluge: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

Prije više milijardi godina, sudar dviju crnih rupa poslao je gravitacijske valove koji su se talasali kroz svemir. 2019. signali iz ovih valova bili su otkriven u opservatoriju gravitacijskih valova LIGO (Sjedinjene Američke Države) i detektor Virgo (Italija).

Ono što je uzbudilo znanstvenike, međutim, je masa jedne od matičnih crnih rupa, koja prkosi tradicionalnom znanju o tome kako nastaju crne rupe.

Otkriće i analiza opisani su u dva istraživačka rada. Jedan, u Pisma o fizičkom pregledu , detaljno otkriva otkriće i predlaže moguće načine na koje je došlo do neobičnog spajanja. Drugi papir, u The Astrophysical Journal Letters , raspravlja o fizičkim svojstvima signala.

Što je točno otkriveno?

Bio je to signal gravitacijskog vala, relativno novo polje otkrića. Gravitacijski valovi su nevidljivi talasi koji nastaju kada zvijezda eksplodira u supernovi; kada dvije velike zvijezde kruže jedna oko druge; a kad se spoje dvije crne rupe. Putujući brzinom svjetlosti, gravitacijski valovi stišću i rastežu sve što im se nađe na putu.

Gravitacijske valove predložio je Albert Einstein u svojoj Općoj teoriji relativnosti prije više od jednog stoljeća. Međutim, tek je 2015. prvi gravitacijski val zapravo detektirao - LIGO. Od tada je došlo do niza naknadnih detekcija gravitacijskih valova.

Signal otkriven na LIGO i Virgo, kako je opisano u LIGO Collaboration, nalikovao je na četiri kratka pomicanja i trajao je manje od jedne desetine sekunde.

Odakle je došlo?

Naknadna analiza pokazala je da je GW190521 najvjerojatnije nastao spajanjem dviju crnih rupa. Signal je vjerojatno predstavljao trenutak kada su se njih dvoje spojili. Izračunato je da je došao s udaljenosti od otprilike 17 milijardi svjetlosnih godina i iz vremena kada je svemir bio otprilike upola stariji od njega.

Ali ova otkrića dovela su do daljnjih pitanja. Jedna od dvije crne rupe koje se spajaju nalazi se u srednjem rasponu mase - nesklad koji se ne može objasniti tradicionalnim znanjem o tome kako nastaju crne rupe.

Zašto je neobično?

Sve dosad opažene crne rupe pripadaju jednoj od dvije kategorije. Jedna kategorija se kreće između nekoliko solarnih masa (jedna solarna masa je masa našeg Sunca) i desetaka solarnih masa. Smatra se da nastaju kada masivne zvijezde umru.

Druga kategorija su supermasivne crne rupe. Oni se kreću od stotina tisuća, do milijardi puta veći od našeg Sunca.

Prema tradicionalnom znanju, zvijezde koje bi mogle roditi crne rupe između 65 i 120 solarnih masa to ne čine - zvijezde u ovom rasponu same se raspršuju kada umru, a da se ne uruše u crnu rupu.

Ali u spajanju koje je dovelo do signala GW190521, veća crna rupa imala je 85 solarnih masa — dobro unutar ovog neočekivanog raspona, poznatog kao maseni jaz nestabilnosti para. To je prva ikada uočena crna rupa srednje mase. (Zapravo, i manja crna rupa je granična, sa 66 solarnih masa.)

Njih dvoje su se spojili i stvorili novu crnu rupu od oko 142 solarne mase. Energija ekvivalentna osam solarnih masa oslobođena je u obliku gravitacijskih valova, što je dovelo do najjačeg vala ikad otkrivenog od strane znanstvenika do sada.

Kako je mogla nastati crna rupa neobične mase?

Istraživači sugeriraju da crna rupa od 85 solarne mase nije bila proizvod zvijezde u kolapsu, već je sama po sebi rezultat prethodnog spajanja. Nastala sudarom dviju crnih rupa, vjerojatno je da se nova crna rupa potom spojila s crnom rupom od 66 solarne mase - što je dovelo do gravitacijskih valova i signala koji su primili LIGO i Djevica.

Podijelite Sa Svojim Prijateljima: