Podczas zderzenia czarna dziura obracała się 10 miliardów razy szybciej niż jakakolwiek wcześniej zaobserwowana. Naukowcy badający następstwa kolizji dwóch ogromnych czarnych dziur sądzą, że może to potwierdzać zjawisko grawitacyjne przewidziane przez Alberta Einsteina sto lat temu.
Według nowych badań, opublikowanych w czasopiśmie Nature, zjawisko to – nazywane precesją i podobne do ruchu chybotliwego – wystąpiło, gdy dwie czarne dziury zderzyły się ze sobą i połączyły w jedną. Te masywne obiekty, zbliżając się do siebie, uwolniły ogromne fale w czasoprzestrzeni znane jako fale grawitacyjne, które rozeszły się one po kosmosie.
Układy podwójne czarnych dziur są niezwykle fascynujące. Zaledwie kilka miesięcy temu odkryto taki właśnie układ w centrum galaktyki PKS 2131-021, którą od Ziemi dzieli 9 tysięcy lat świetlnych. Pisaliśmy o tym na naszym blogu w tekście „Dwie supermasywne czarne dziury w centrum galaktyki”.
Czarne dziury w układzie podwójnym pierwszymi tak dużymi obiektami, u których zaobserwowano precesję
Naukowcy po raz pierwszy wykryli fale pochodzące z czarnych dziur w 2020 roku, używając Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) w USA oraz czujników fal grawitacyjnych Virgo we Włoszech. Wzory fal studiowano przez lata. Teraz naukowcy potwierdzili, że jedna z czarnych dziur obracała się w szaleńczym tempie, jakiego nigdy wcześniej nie doświadczono.
Wirująca czarna dziura skręcała i obracała się aż 10 miliardów razy szybciej niż jakikolwiek wcześniej zaobserwowany obiekt tego typu. Zjawisko tak bardzo zniekształciło przestrzeń i czas, że spowodowało chwianie się obu czarnych dziur – lub precesję – na ich orbitach.
Naukowcy zaobserwowali precesję w niemal wszystkich obiektach we wszechświecie, od czubków wrzecion po umierające układy gwiazd. Nigdy jednak nie zauważono jej w obiektach tak ogromnych jak podwójne układy czarnych dziur, które można porównać do dwóch kosmicznych odkurzaczy orbitujących wokół wspólnego centrum. Natomiast ogólna teoria względności Einsteina przewidywała ponad 100 lat temu, że precesja powinna występować nawet w tak dużych obiektach. Teraz, jak twierdzą autorzy badania, to rzadkie zjawisko zostało po raz pierwszy zaobserwowane w naturze.
Główny autor projektu i dyrektor Gravity Exploration Institute na Uniwersytecie Cardiff w Wielkiej Brytanii, Mark Hannam, powiedział: „zawsze myśleliśmy, że podwójne czarne dziury mogą to robić. Mieliśmy nadzieję na dostrzeżenie przykładu od czasu pierwszych detekcji fal grawitacyjnych. Musieliśmy zaczekać pięć lat i przeprowadzić ponad 80 oddzielnych detekcji, ale w końcu to mamy!”.
Chyboczące się czarne dziury uwolniły fale grawitacyjne
Czarne dziury, o których mowa, były wielokrotnie masywniejsze od Słońca, przy czym większa z nich szacowana jest na około 40 mas Słońca. Naukowcy po raz pierwszy zauważyli tę parę w 2020 roku, kiedy LIGO i Virgo wykryły wybuch fal grawitacyjnych uwolnionych przez domniemane zderzenie dwóch czarnych dziur. Zespół nazwał to zderzenie GW200129, od daty jego odkrycia (29 stycznia 2020 roku).
Od tego czasu wielu naukowców przeglądało te początkowe dane dotyczące fal grawitacyjnych. Doprowadziło to do odkrywania coraz dziwniejszych tajemnic tego niezwykłego zderzenia. Na przykład w maju 2022 roku zespół badaczy obliczył, że fuzja dwóch czarnych dziur była nie tylko gigantyczna, ale też nierówna. Fale grawitacyjne wydostały się ze zderzenia w jednym kierunku, podczas gdy nowo powstała czarna dziura została prawdopodobnie „wyrzucona” ze swojej macierzystej galaktyki z prędkością ponad 4,8 miliona kilometrów na godzinę w przeciwnym kierunku.
Nowe badania sugerują, że dwie czarne dziury miały bardzo chaotyczną relację przed ich gwałtownym połączeniem. W miarę jak przyciągały się do siebie na coraz bliższej orbicie, zaczęły się chwiać, precesując kilka razy na sekundę. Według autorów badania, ten efekt precesji jest szacowany na 10 miliardów razy szybszy niż jakikolwiek inny kiedykolwiek zmierzony.
Albert Einstein miał rację
Odkrycia te potwierdzają słowa Einsteina. Przewidywał on, że takie efekty są możliwe w niektórych największych obiektach wszechświata. Ale wyniki rodzą również pytanie, czy takie chwiejne fuzje czarnych dziur są tak rzadkie, jak kiedyś sądzono.
Jeden ze współautorów badania, wcześniej naukowiec z Cardiff University, a obecnie z University of Portsmouth w Wielkiej Brytanii, stwierdził, że „większa czarna dziura w tej parze, która była około 40 razy masywniejsza od Słońca, wirowała prawie tak szybko, jak to fizycznie możliwe. Nasze obecne modele układów podwójnych sugerują, że to ekstremalnie rzadkie zjawisko, jedno na tysiąc. Ale może to być znak, że nasze modele muszą się zmienić”.
Na naszym blogu często poruszamy tematykę związaną z kosmosem, w tym z czarnymi dziurami. Niedawno pisaliśmy na przykład o czarnej dziurze w centrum Drogi Mlecznej. Zachęcamy do lektury tekstu „Astronomowie zrobili zdjęcie czarnej dziury w centrum naszej galaktyki”.
Źródło: Space