Naukowcy odkryli odległą czarną dziurę masy pośredniej. Zrobili to rejestrując fale grawitacyjne

Bartłomiej Pawlak
Astronomowie wykryli fale grawitacyjne wywołane zderzeniem dwóch bardzo masywnych czarnych dziur znajdujących się niezwykle daleko od nas. Zdaniem badaczy, w wyniku kolizji powstała czarna dziura masy pośredniej - jeden z najbardziej "nieuchwytnych" obiektów we Wszechświecie. To największy obiekt odkryty w wyniku detekcji fal grawitacyjnych.
Zobacz wideo To zdjęcie może zweryfikować teorię względności

Fale grawitacyjne to odkształcenia czasoprzestrzeni rozchodzące się w próżni z prędkością światła. Ich istnienie przewidział w swoim dziele jeden z najwybitniejszych naukowców wszech czasów - Albert Einstein w opublikowanej w 1916 roku ogólnej teorii względności. Po raz pierwszy udało się je jednak zarejestrować dopiero po niemal 100 latach od wydania dzieła Einsteina - w 2015 roku.

Powstanie tego niezwykłego zjawiska, jakim są fale grawitacyjne najczęściej powodowane jest przez zderzenie dwóch, bardzo masywnych obiektów, które silnie odkształcają czasoprzestrzeń. Mogą to być np. gwiazdy neutronowe, białe karły lub czarne dziury.

Wykryto bardzo silne fale grawitacyjne

Od kilku lat badacze korzystając z detektorów stale "nasłuchują" fal nadchodzących z przestrzeni kosmicznej licząc na znalezienie kolejnych fal grawitacyjnych. Zazwyczaj wykrywają fale, które można porównać do "ćwierkania". Ostatnio badacze odkryli fale grawitacyjne, które mogłyby brzmieć, jak huk - tłumaczy branżowy portal Space.com.

Zdarzenie to (nazwane GW190521) zostało zarejestrowane przez detektory LIGO i Virgo w maju 2019 roku. Od tego czasu naukowcy dokładnie zbadali źródło fal grawitacyjnych, a wyniki swoich badań opublikowali teraz jednocześnie w dwóch czasopismach naukowych - "Physical Review Letters" oraz "The Astrophysical Journal Letters".

Źródłem fal zderzenie czarnych dziur

Badacze tłumacza, że emisję fal grawitacyjnych wywołało potężne zderzenie dwóch masywnych czarnych dziur masy gwiazdowej. Z obliczeń naukowców wynika, że jedna z nich miała 66, a druga 85 mas Słońca. Obiekty splątały się grawitacyjnie (zaczęły obiegać wspólny środek masy), gdy zbyt mocno zbliżyły się do siebie. Początkowo zaczęły coraz szybciej obiegać się wzajemnie (do kilku razy na sekundę) aż ostatecznie zderzyły się wysyłając w przestrzeń fale grawitacyjne.

Badacze podkreślają, że zdarzenie było bardzo energetyczne, a w jego wyniku utracona została materia o łącznej masie kilku mas Słońca. W efekcie powstała jedna, znacznie większa czarna dziura o masie ok. 142 mas Słońca. O ile obliczenia są poprawne, badacze zaobserwowali właśnie powstanie jednego z najbardziej "nieuchwytnych" obiektów we Wszechświecie.

Czarna dziura masy pośredniej

Astronomowie od lat wykrywają bowiem czarne dziury należące do dwóch najczęściej spotykanych klas - masy gwiazdowej (od ok. 5 do 100 mas Słońca) oraz supermasywnych czarnych dziur, które są miliony lub nawet miliardy bardziej masywne od naszej gwiazdy. Wiadomo jednak, że istnieje również klasa pośrednich czarnych dziur, które mogą mieć przynajmniej 100 mas Słońca, ale są znacznie mniejsze od supermasywnych obiektów znajdujących się w centrach galaktyk.

Do tej pory wykryto jednak bardzo niewiele tego typu obiektów. Pierwszy znaleziono w 2008 roku, a bodaj najlepszy dowód na istnienie czarnych dziur tej klasy opublikowano dopiero w kwietniu 2020 roku. Badacze obserwowali jednak w przeszłości najczęściej obiekty o masach dziesiątki razy większych od Słońca. Teraz mają okazję przyjrzeć się powstawaniu obiektu "tylko" 142 razy bardziej masywnego od naszej gwiazdy.

To nie była ich pierwsza kolizja

Zdaniem badaczy czarne dziury biorące udział w zdarzeniu GW190521 również mogły powstać w wyniku zderzenia. Naukowcy wiedzą już, że czarne dziury masy gwiazdowej mogą osiągać maksymalnie ok. 65 mas Słońca w momencie powstania. Później rosną już w wyniku akrecji materii np. z pobliskich gwiazd. Kolizje prowadzą jednak do znacznie szybszego powstania bardziej masywnych obiektów tego typu.

Badacze podejrzewają dlatego, że przynajmniej ta bardziej masywna czarna dziura (85 mas Słońca) musiała powstać w wyniku zderzenia dwóch mniejszych. Niewykluczone, że druga z czarnych dziur również powstała w ten sposób. Co więcej, naukowcy mają nadzieje, że zderzenia czarnych dziur są we Wszechświecie powszechne i w przyszłości będziemy wykrywać jeszcze więcej zdarzeń takich, jak GW190521.

Wydarzenie, które wywołało wykryte w maju 2019 roku fale grawitacyjne miało miejsce 7 mld lat świetnych od Ziemi, co oznacza, że doszło do niego aż 7 mld lat temu. To najodleglejsze do tej porty fale grawitacyjne zarejestrowane przez detektory LIGO i Virgo.

Z powodu ogromnej odległości, wykryty sygnał był krótszy i słabszy niż w przypadku innych, wcześniej rejestrowanych, które powstały w wyniku połączenia się czarnych dziur. GW190521 pozwoliło jednak na wykrycie najbardziej masywnej czarnej dziury odkrytej w wyniku detekcji fal grawitacyjnych.