Rekordowe fale grawitacyjne. Dowód na istnienie czarnych dziur drugiej generacji?
Istnienie układów podwójnych czarnych dziur zostało udowodnione i bezpośrednio zaobserwowane w 2015 roku w oparciu o wykryte fale grawitacyjne emitowane przez dwie czarne dziury o masach kilkudziesięciu mas Słońca. Potwierdziło to przewidywania Alberta Einsteina sprzed 100 lat. Przez dekadę pojawiły się kolejne takie detekcje zderzeń wyjątkowo gęstych obiektów, a niektóre z nich okazały się wyjątkowe. Jak twierdzą eksperci z projektu LIGO-Virgo-KAGRA, dwa z nich mogą stanowić mocne dowody na istnienie czarnych dziur drugiej generacji. Czym one są?
Spis treści:
- Rekorowe detekcje fal grawitacyjnych z połączenia czarnych dziur
- Odkryli czarne dziury drugiej generacji. Eksperci są przekonani
Rekorowe detekcje fal grawitacyjnych z połączenia czarnych dziur
Naukowcy z projektu LIGO-Virgo-KAGRA, łączącego obserwatoria w USA, Włoszech i Japonii, wspólnie badają fale grawitacyjne, w tych pochodzące ze zderzeń czarnych dziur lub gwiazd neutronowych. Niedawno zaobserwowali dwa rekordowe zdarzenia, które mogą pomóc zrozumieć charakter i źródło owych "zmarszczek czasoprzestrzeni", do których dochodzi nieraz setki milionów lat świetlnych od Ziemi.
Do dwóch takich wyjątkowych zdarzeń doszło w ubiegłym roku. Pierwsze z nich, oznaczone jako GW241011, wystąpiło 11 października i było zderzeniem dwóch czarnych dziur o masach ok. 17 i 7 mas Słońca. Choć to nie największe czarne dziury, których zderzenie i połączenie w układ podwójny zaobserwowano, to dostrzeżono tam coś niezwykłego. Okazało się, że większa z tych czarnych dziur obraca się wokół własnej osi z prędkością ok. 75% teoretycznego maksimum. Była to jedna z najszybciej obracających się czarnych dziur, jaką do tej pory zaobserwowano. Do tego zdarzenia doszło blisko 700 mln lat świetlnych od Ziemi.
Drugie rekordowe zdarzenie, GW241110, wystąpiło 10 listopada 2024 i miało miejsce ok. 2,4 mld lat świetlnych stąd. Brały w nim udział dwie łączące się czarne dziury o masach ok. 16 i 8 mas Słońca. Tu również wydarzyło się coś dziwnego. Zwykle czarne dziury wirują w tym samym kierunku, co ich orbita. W tym układzie podwójnym naukowcy odkryli, że główna czarna dziura wiruje w przeciwnym kierunku do swojej orbity. Takie zjawisko zaobserwowali po raz pierwszy.
Odkryli czarne dziury drugiej generacji. Eksperci są przekonani
Obie te detekcje mogą zdaniem ekspertów dowodzić istnienia tzw. czarnych dziur drugiej generacji. Czym one właściwie są? "Oba zdarzenia, w których jedna czarna dziura jest zarówno znacząco większa od drugiej i szybko się kręci, dostarczają kuszącego dowodu, że te czarne dziury zostały utworzone z poprzednich połączeń czarnych dziur" - powiedział w oświadczeniu prof. Stephen Fairhurst z Cardiff University, rzecznik LIGO Scientific Collaboration (LSC).
Innymi słowy takie czarne dziury mogą łączyć się wielokrotnie. W takich układach jedna z czarnych dziur może być dwa razy większa od drugiej. Astrofizycy taki proces nazywają scalaniem hierarchicznym (ang. hierarchical merging), w którym to mniejsze struktury łączą się w coraz większe. W ten sposób mogą powstawać galaktyki oraz czarne dziury drugiej generacji.
"Niezwykłe konfiguracje obrotowe, obserwowane w GW241011 i GW241110, nie tylko kwestionują nasze rozumienie formowania się czarnych dziur, ale także oferują przekonujący dowód na istnienie hierarchicznych scaleń w gęstych środowiskach kosmicznych: uczą nas, że niektóre czarne dziury istnieją nie tylko jako odizolowane obiekty, ale też jako prawdopodobnie członkowie gęstego i dynamicznego tłumu. Te odkrycia podkreślają wagę międzynarodowej współpracy w odkrywaniu najbardziej nieuchwytnych zjawisk we Wszechświecie" - dodał rzecznik LSC.
Fale grawitacyjne przewidział Albert Einstein w swojej ogólnej teorii względności w 1916 roku. Ich obecność została udowodniona w latach 70. XX wieku, a bezpośrednia obserwacja miała miejsce dopiero w 2015 roku dzięki detektorom LIGO. Sygnał GW150914 pochodził ze scalenia się dwóch czarnych dziur o masach ok. 36 i 29 mas Słońca ponad 1 mld lat świetlnych od Ziemi.
Zobacz również:
Źródło: A. G. Abac, I. Abouelfettouh, F. Acernese et al. (2025), GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-spin Black Hole Coalescences, The Astrophysical Journal Letters, Volume 993, Number 1, DOI 10.3847/2041-8213/ae0d54.
