Vedcom sa konečne podarilo objasniť jednu z najväčších záhad obklopujúcich čierne diery. Konečne tak vieme, ako niektoré z týchto vesmírnych monštier dorástli do tak ozrutných rozmerov. Na tému upozornil portál NewAtlas. Nový model, ktorý je výsledkom štúdie publikovanej v žurnále Astrophysical Journal Letters, naznačuje, že rast čiernych dier môže byť „kozmologicky previazaný“ s expanziou vesmíru.

DESY Science Communication Lab

Ako píše portál EurekAlert, prvá detekcia gravitačných vĺn prostredníctvom observatória LIGO z roku 2015, potvrdila správnosť Einsteinových predpovedí. 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.

Gravitačné vlny sú v podstate vlny v štruktúre samotného časopriestoru, ktoré vznikajú pri kataklizmatických udalostiach, akými sú bezpochyby fúzie čiernych dier, či neutrónových hviezd. Pomocou komplikovaných metód z nich vedci dokážu vypočítať hmotnosti objektov, ktoré stoja za ich vznikom.

Za posledných 6 rokov výskumu vedci objavili mnoho fúzii čiernych dier, pričom niektoré z nich boli veľmi nezvyčajné. Od prvého pozorovania bolo totiž objavených niekoľko fúzii, pri ktorých sa zrazili čierne diery, ktoré by zrejme nemali existovať, respektíve boli ťažšie ako by mali byť.

Podľa akceptovaných teórii totiž „klasické“ čierne diery, známe tiež ako čierne diery hviezdnej veľkosti, môžu dorásť do rozmerov 5 až 30-násobku hmotnosti Slnka. Pomocou observatória LIGO sme však dokázali objaviť niekoľko čiernych dier, ktoré vysoko prevyšovali tieto hmotnostné medze. Pri tej najmasívnejšej zaznamenanej zrážke sa dokonca zrazili čierne diery s hmotnosťou 65 a 85-násobku hmotnosti Slnka.

Vedci si dlho lámali hlavu nad týmto problémom, pričom najčastejšie sa táto nadmerná veľkosť prisudzovala nenásytnosti čiernych dier. Odborníci v novej štúdii sa však na celý nesúlad pozreli úplne iným spôsobom a prišli k naozaj nesmierne pozoruhodným záverom. Hoci to môže na prvý pohľad vyznieť trochu zvláštne, ale všetko naznačuje tomu, že hmotnosť čiernych dier by mohla byť „kozmologicky previazaná“ s expanziou vesmíru.

Problém so simulovaním čiernych dier

Astronómovia zvyčajne čierne diery simulujú vo vesmíre, ktorý sa nerozpína. Týmto spôsobom sa zjednodušujú Einsteinove rovnice, pretože vo vesmíre, ktorý neexpanduje je toho na pozorovanie menej, ozrejmujú autori.

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

Vzhľadom na to, že udalosti detekovateľné pomocou gravitačných observatórií trvajú iba niekoľko sekúnd, je využitie tohto zjednodušenia pomerne pochopiteľné. Problém však nastáva pri fúzii čiernych dier, ktoré môžu prebiehať miliardy rokov (počas tejto doby sa vesmír výrazne rozrastie).

Ak sa zvážia aj tie najjemnejšie a najprecíznejšie aspekty Einsteinovej teórie, objaví sa možnosť, že hmotnosť čiernych dier rastie spolu s vesmírom, pričom práve takýto jav vedci označujú ako „kozmologická previazanosť“ (cosmological coupling). Najjednoduchším príkladom takéto javu je pritom samotné svetlo, ktoré s expanziou vesmíru stráca svoju energiu. U čiernych dier by tento efekt, ale mal byť opačný – s expanziou rastie ich hmotnosť.

Na overenie tejto hypotézy simulovali celú životnú etapu miliónov hviezd, ktorá skončila ich „smrťou“ a premenou na čiernu dieru. V simuláciách si všimli, že postupne ako sa čierne diery k sebe špirálovitým pohybom približujú naberajú na veľkosti.

Z uvedeného zistili, že hmotnosť čiernych dier a veľkosť vesmíru sú istým spôsobom previazané. Vďaka týmto fúziám vznikali čoraz častejšie hmotnejšie a hmotnejšie čierne diery, ale ukázalo sa tiež, že postupne stále častejšie dochádzalo aj k fúziám samotným. Keďže výsledky štúdie korešpondujú s údajmi zozbieranými z gravitačných observatórií LIGO a Virgo, model nepotrebuje žiadne ďalšie úpravy v našom chápaní vývoja hviezd.