Czarna dziura, jakiej nie znano. Narodziny giganta zapisane w fali grawitacyjnej

7 września 2020, 21:24
gw190521_picture
Ilustracja: Raúl Rubio / grupa Virgo Valencia / The Virgo Collaboration [virgo-gw.eu]

Dzięki danym z interferometrycznych detektorów Virgo i LIGO, wykryto fale grawitacyjne z niezwykle masywnego układu dwóch czarnych dziur o masach 66 i 85 mas Słońca, które połączyły się tworząc obiekt o masie około 142 odpowiedników Słońca. Utworzony w wyniku połączenia obiekt jest najbardziej masywną czarną dziurą, jaką kiedykolwiek wykryto za sprawą detekcji fal grawitacyjnych.

Sygnał fali grawitacyjnej, oznaczony sygnaturą GW190521, został zarejestrowany 21 maja 2019 roku przez trzy detektory interferometryczne tworzące globalną sieć - detektor Virgo i dwa detektory LIGO. Ogromna wykryta czarna dziura mieści się w specyficznym zakresie mas, w którym wcześniej nie obserwowano tego typu obiektów: ani za pomocą fal grawitacyjnych, ani obserwacji elektromagnetycznych. O odkryciu i jego astrofizycznych konsekwencjach informują dwa artykuły naukowe opublikowane 2 września 2020 roku w Physical Review Letters oraz Astrophysical Journal Letters.

Powstała w wyniku koalescencji czarna dziura jest rekordowa - jak wskazano w komunikacie prasowym Uniwersytetu Warszawskiego, "było to najbardziej energetyczne i najbardziej odległe od Ziemi zdarzenie, jakie udało się zarejestrować w falach grawitacyjnych". Pobicie rekordu masy czarnych dziur zaobserwowanych w dotychczasowych kampaniach obserwacyjnych Advanced Virgo i LIGO jest jednak tylko jedną z kilku szczególnych cech, które zdaniem naukowców świadczą o wyjątkowości tej obserwacji. Aspektem, który szczególnie zwrócił uwagę astrofizyków, jest to, że końcowa czarna dziura należy do klasy tak zwanych "czarnych dziur o masie pośredniej" - chodzi tutaj o zakres wynoszący od stu do stu tysięcy mas Słońca.

Zainteresowanie tą populacją czarnych dziur wiąże się z jedną z najbardziej fascynujących i trudnych zagadek stojących przed astrofizykami i kosmologami: dotyczy ona pochodzenia supermasywnych czarnych dziur. Te gigantyczne byty - miliony, a nawet miliardy razy cięższe od Słońca - zwykle znajdujące się w centrach galaktyk, mogą powstać w wyniku łączenia się mniejszych czarnych dziur o masie pośredniej. Do dziś zidentyfikowano dzięki obserwacjom elektromagnetycznym bardzo niewielu kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej, a GW190521 jest pierwszą obserwacją takiej czarnej dziury za pomocą fal grawitacyjnych.

image
Ilustracja: Obserwatorium Astronomiczne UW [astrouw.edu.pl]

"Wraz ze wzrostem czułości detektorów będziemy obserwować coraz więcej zjawisk z wczesnego Wszechświata” - podkreśla prof. Dorota Rosińska, członkini polskiego zespołu Virgo-Polgraw, cytowana w komunikacie prasowym Uniwersytetu Warszawskiego. "To pierwszy raz, gdy zaobserwowano koalescencje dwóch czarnych dziur o tak nietypowych masach i powstanie średnio-masywnej czarnej dziury" - nadmienia.

Praca opisująca GW190521 jest wynikiem współpracy ponad tysiąca naukowców z całego świata zrzeszonych w konsorcjum LIGO-Virgo, w tym szesnastu badaczy z Polski. Są wśród nich pracownicy Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego oraz Narodowego Centrum Badań Jądrowych. W grupie zaangażowanych pracowników UW działają: prof. dr hab. Tomasz Bulik, dr hab. Dorota Rosińska, dr Maria Tringali, dr Bartosz Idźkowski, dr Przemysław Figura, mgr Neha Singh, mgr Małgorzata Curyło oraz mgr Paweł Szewczyk. W NCBJ z kolei zajmują się tym obszarem prof. Andrzej Królak, inż. Adam Kutynia i dr Adam Zadrożny). Jak wyjaśniają ci ostatni, naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych od 2008 roku biorą aktywny udział w pracach konsorcjum LIGO-Virgo, w tym w pracach nad sygnałami pochodzącymi z rotujących gwiazd neutronowych, astronomią wielu nośników (multi-messenger astronomy) oraz nowych metod analizy danych. NCBJ wnosi też swój wkład w budowę europejskiego detektora fal grawitacyjnych Virgo.

Badacze żywią nadzieję, że najnowsze odkrycie będzie krokiem do wyjaśnienia dróg powstawania czarnych dziur o masie pośredniej. Czarne dziury zasadniczo dzielą się na te o masie gwiazdowej (np. kilka, kilkanaście mas Słońca) oraz tzw. supermasywne czarne dziury o masach setek tysięcy, milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Te drugie rezydują w centrach galaktyk, np. taki obiekt w centrum Drogi Mlecznej ma około 4 milionów mas Słońca. Grupa obiektów o masie pośredniej pomiędzy gwiazdowymi a supermasywnymi czarnymi dziurami jest najbardziej niejednorodna - granice są tutaj płynne, ale można przyjąć, że czarne dziury o masie pośredniej mają od 100 mas Słońca do stu tysięcy mas Słońca.

Projekt Virgo obejmuje około 580 naukowców, inżynierów i techników ze 109 instytutów z 13 krajów, głównie europejskich: Belgii, Francji, Grecji, Hiszpanii, Holandii, Irlandii, Japonii, Monako, Niemiec, Portugalii, Węgier, Włoch oraz Polski. Amerykańskim odpowiednikiem jest projekt LIGO, który posiada dwa detektory w USA. W projekcie mają udział też instytuty spoza Stanów Zjednoczonych. Łącznie w ramach konsorcjum LIGO pracuje około 1300 naukowców z całego świata. LIGO i Virgo ściśle ze sobą współpracują.

Fale grawitacyjne to jeden z efektów przewidywanych przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina. Są to rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego - aby fale grawitacyjne dało się wykryć, masy i przyspieszenia obiektów muszą być bardzo duże. Po raz pierwszy obserwacyjne fale grawitacyjne udało się wykryć w 2015 roku. Od tamtej pory wykryto więcej takich zdarzeń, głównie od zderzeń czarnych dziur.

Pełny opis odkrycia można znaleźć w materiałach prasowych EGO-Virgo – także w języku polskim.

Space24
Space24
KomentarzeLiczba komentarzy: 0
No results found.