21. mája 2019 zaznamenali gravitačné detektory LIGO a Virgo vlny v časopriestore, ktoré boli nesmierne zvláštne.

Na rozdiel od všetkých predchádzajúcich zaznamenaných gravitačných vĺn totiž naznačovali existenciu čiernych dier, ktoré sú hmotnejšie, ako sa považovalo za fyzicky možné. Okrem toho, táto udalosť bola sprevádzaná zábleskom svetla. Na tému upozornil portál EurekAlert.

Vzniknutá čierna diera nemala existovať

Ide o udalosť s názvom GW 190521, ktorá do dnešných dní robí vedcom vrásky na čele. Hoci pre vysvetlenie oboch vyššie uvedených zvláštností boli už skôr navrhnuté riešenia, gravitačné vlny so sebou priniesli ešte veľmi jednu zaujímajú  črtu.

Zdá sa, že pri tejto udalosti sa zrazili dve čierne diery, ktoré okolo seba neobiehali po kruhovej dráhe.

Umelecký pohľad na binárnu fúziu čiernych dier produkujúcu gravitačné vlny. Zdroj:

Ako vyplýva z predchádzajúcich štúdií, pri udalosti GW 190521 došlo k fúzii dvoch čiernych dier, pričom vznikla čierna diera s hmotnosťou približne 142-krát väčšou, ako je hmotnosť Slnka.

Išlo teda vôbec o prvú pozorovanú čiernu dieru „strednej hmotnosti“, ktorá vôbec nemala existovať. Poznáme totiž čierne diery hviezdnej veľkosti, ktoré sa sformujú z umierajúcich hviezd a dosahujú len niekoľkonásobok hmotnosti nášho Slnka, a supermasívne čierne diery o hmotnosti niekoľkých miliónov Sĺnk.

Čierne diery v rozmedzí 100 až 1000-násobku hmotnosti nášho Slnka nám však akosi chýbali, píše portál Space.

Vedci preto navrhovali, že jedna z kolidujúcich čiernych dier vzišla z inej kolízie, takže pozorovaná fúzia nebola jej prvé vesmírne „rodeo“. Objavila aj štúdia, kde vedci načrtli, že GW 190521 je výsledok zrážky „neviditeľných“ bozónových hviezd a nie čiernych dier.

Ako píše portál InterestingEngineering, v novej štúdii publikovanej v žurnále Nature sa vedci zaoberali úplne inou možnosťou. Dve čierne diery sa totiž pri zrážke netočili okolo seba po kruhovej obežnej dráhe, ale po eliptickej. Toto je niečo, čo ešte nikto predtým nevidel, ani nenačrtol, pretože sa predpokladalo, že len máločo dokáže zasiahnuť do enormne veľkej gravitácie dvoch čiernych dier rútiacich sa k fúzii.

Ako objasňuje spoluautor štúdie Imre Bartos z Floridskej univerzity, udalosť GW 190521 je doposiaľ tým najprekvapujúcejším objavom gravitačných vĺn. Už hmotnosť a rotácia čiernych dier boli zarážajúce, avšak to, že tieto čierne diery na svojej ceste ku zrážke neleteli po kruhových dráhach, je ešte prekvapivejšie.

Prečo je excentrická dráha taká nezvyčajná?

Podľa autorov je to kvôli základnej povahe emitovaných gravitačných vĺn, ktorá dvojicu čiernych dier núti k sebe sa približovať. Nazdávajú sa totiž, že gravitačné sily, ktoré sa podieľajú na ich zrážke, svojou veľkosťou jednoducho musia čierne diery prinútiť pohybovať sa po kruhových dráhach.

Caltech/R. Hurt (IPAC)

Fyzici stojaci za novým výskumom teda dlho neotáľali a pustili sa do modelovania. Ukázalo sa, že k takejto nezvyčajnej excentrickej dráhe môže dôjsť, ak do hry vstúpi tretia čierna diera a celá udalosť sa odohrá v aktívnom galaktickom jadre.

Za týchto podmienok sa pravdepodobnosť excentrického zlúčenia v modeloch až 100-násobne zvýšila, čo znamená, že zrejme až polovica fúzií, ktoré sa odohrávajú v diskoch aktívnych galaktických jadier, má zrejme excentrickú a nie kruhovú obežnú dráhu.

Čo presne sa odohralo?

Aktívne galaktické jadro je kompaktná oblasť v strede galaxie, ktorú tvorí supermasívna čierna diera obklopená obrovským rotujúcim mračnom plynu a prachu (akrečný disk). Tento disk je natoľko veľký (niekoľko svetelných rokov), že môže byť domovom menších čiernych dier, ktoré sú roztrúsené po celom disku.

Čo je ale podstatnejšie, čierne diery v tomto disku sa môžu k sebe priblížiť natoľko, že spadnú na obežnú dráhu, na ktorej okolo seba krúžia. Ak sa k tejto dvojici priblíži tretia čierna diera, jej gravitácia môže obiehajúci pár poriadne nakopnúť a tým predĺžiť ich obežnú dráhu (zvýšiť jej excentricitu), čím zmení jej kruhový tvar na eliptický, píše portál SYFY.

Keď dôjde potom k zrazeniu dvojice čiernych dier, vytvorí sa gravitačná vlna podobná GW 19052. Vzhľadom na to, že pri tejto udalosti narazili do seba dve naozaj masívne čierne diery, táto myšlienka sa podľa simulácií zdá naozaj vysoko pravdepodobná.