Hoci existenciu gravitačných vĺn predpovedal už v roku 1905 francúzsky matematik Henri Poincaré a na základe všeobecnej teórie relativity v roku 1916 aj Albert Einstein, k ich objaveniu, a teda aj definitívnemu potvrdenie došlo až v roku 2016 pomocou observatória LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Gravitačné vlny, ktorých objav si v roku 2017 vyslúžil aj Nobelovu cenu, boli vytvorené kolíziou dvoch čiernych dier, ktoré sa zrazili vo vzdialenosti 130 miliónov svetelných rokov od Zeme.

Čierna diera, ktorá nemala existovať

Ako píše web Sciencealert, 21. mája 2019 sme vo vzdialenosti asi 7 miliárd svetelných rokov zaznamenali doposiaľ najmasívnejšiu zrážku, aká kedy produkovala gravitačné vlny. Udalosť dostala označenie GW 190521 a informovali sme ťa o nej v tomto detailnom článku.

Caltech/R. Hurt (IPAC)

Podľa prvých výskumov sa malo jednať o historicky najväčšiu (detegovanú) zrážku čiernych dier. Pri udalosti GW 190521 došlo k fúzii dvoch čiernych dier s hmotnosťou 66 a 85-krát väčšou než je hmotnosť Slnka a vznikla čierna diera s hmotnosťou približne 142-krát väčšou ako je hmotnosť Slnka.

Tento objav však so sebou priniesol viac otázok ako odpovedí. Minimálne jedna z kolidujúcich čiernych dier totiž nemala vôbec existovať.

Súčasná teória totiž predpokladá, že k vytvoreniu čiernych dier dochádza vplyvom explózie hviezd v rozsahu 5 až 65-násobku hmotnosti Slnka, v inom prípade (65 až 140-násobok) dôjde k tak silnej supernove, že všetok okolitý materiál (vrátane jadra hviezdy) sa vymrští do takej vzdialenosti, že čierna diera jednoducho nemôže vzniknúť. O jednej takejto super-silnej supernove sme ťa informovali prostredníctvom tohto článku.

Zatiaľ čo jedna z dvojice uvedených čiernych dier sa nachádza tesne za pomyselnou hranicou, druhá ju vysoko presahuje a nachádza sa v takzvanom „zakázanom rozsahu“, teda v rozsahu, pri ktorom by čierna diera vôbec nemala existovať.

Čo ak sme sa na túto udalosť pozerali nesprávne?

Teraz však medzinárodná skupina vedcov prišla s alternatívnym vysvetlením, ktorý by mohol objasniť všetky nejasnosti týkajúce sa tejto udalosti. Vo svojej štúdii publikovanej v žurnále Physical Review Letters navrhujú aby za celou udalosťou, pri ktorej došlo k vzniku gravitačných vĺn, stála fúzia bozónových hviezdy, upozorňuje web TechExplorist.

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

Bozónová hviezda je doposiaľ nedetegovaný astronomický objekt zložený z častíc známych ako bozóny a svojim spôsobom môže pripomínať čiernu dieru (s tým rozdielom, že nemá horizont udalostí a je priehľadná).

O existencii bozónových hviezd neexistuje žiadny významný vedecký dôkaz, avšak vo vedeckých kruhoch sa vedie množstvo diskusií, podľa ktorých je možné ich existenciu dokázať prostredníctvom pozorovania gravitačného žiarenia emitovaného dvojicou bozónových hviezd obiehajúcich okolo seba.

Navyše, sú diametrálne odlišné od „klasických“ druhov hviezd zložených prevažne z fermiónov – častíc, medzi ktoré patria napríklad elektróny, protóny alebo neutróny. Bozónová hviezda je tvorená výhradne z bozónov, ktoré majú svoje vlastnosti v kontraste s vlastnosťami fermiónov. Viac informácií o bozónových hviezdach nájdeš na tomto odkaze.

Najdôležitejší rozdiel medzi bozónmi a fermiónmi je však ten, že bozóny s rovnakou energiou sa môžu nachádzať na rovnakom mieste v priestore, zatiaľ čo u fermiónov tento stav nie je možný.

Inými slovami, pre bozóny na rozdiel od fermionov neplatí Pauliho vylučovací princíp takže sa môže zdať, že gravitácia dokáže stlačiť masu bozónov do čiernej diery. Ukázalo sa však, že bozóny sa v extrémne hustom a silnom gravitačnom prostredí správajú veľmi zvláštne.

Toto správanie je možné objasniť veľmi komplikovanou fyzikou, avšak veľmi zjednodušene povedané, výsledok je taký, že za určitých okolností nie je bozónová hviezda limitovaná žiadnou hranicou (na rozdiel napríklad od bielych trpaslíkov) a môže veľmi ľahko dorásť až na hmotnosti 85-násobku hmotnosti Slnka, upozorňuje web UniverseToday.

Olivares et al., MNRAS, 2020

Aby to však nebolo veľmi jednoduché, bozónové hviezdy nemôžu byť tvorené z doteraz známych bozónonov, ale z celkom nového typu tzv. „ultra-lahkého bozónu“. Tieto ultra-lahké bozóny sú navyše podľa niektorých teórii vhodným kandidátom na temnú hmotu. Autorom štúdie sa dokonca podarilo odhadnúť aj ich hmotnosť, ktorá má byť približne len jedna biliontina hmotnosti neutrína – to je samo o sebe až 500 000-krát ľahšie ako elektrón.

Z výsledkov tiež vyplýva, že udalosť GW 190521 rovnako dobre zodpovedá fúzii čiernych dier, ale i bozónových hviezd. Hoci fúzia bozónových hviezd vyriešila, problém existencie čiernych dier v „zakázanom rozsahu“ existuje tu ešte jedna neznáma.

Vzhľadom na to, že fúzia bozónových hviezd by nebola ani zďaleka taká silná ako fúza čiernych dier, k celej udalosti by muselo dôjsť oveľa bližšie, čo by znamenalo, že vzniknutá čierna diera (podľa autorov má byť výsledkom fúzie bozonových hviezd nestabilná bozónová hviezda, ktorá sa zrúti do čiernej diery) nemá vo výsledku 142-krát väčšiu ako je hmotnosť Slnka, ale až 250.

Tak či onak, v štúdii sa vedci nesnažia presviedčať, že gravitačné vlny, alebo celkovo udalosť GW 190521 bola spôsobená fúziou bozónových hviezd, ale skôr ponúkajú alternatívny pohľad na túto situáciu.