„Nadchodzą ekscytujące czasy!”. Nowe odkrycie podważa teorie o powstawaniu czarnych dziur

Odkrycie zjawiska możliwe było dzięki współpracy trzech detektorów fal grawitacyjnych działających w ramach sieci LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).

LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) jest zaawansowaną siecią detektorów fal grawitacyjnych. Urządzenia te służą do pomiaru drobnych drgań czasoprzestrzeni, zwanych falami grawitacyjnymi, które spowodowane są nagłymi wydarzeniami kosmicznymi. Pierwsze detektory fal grawitacyjnych powstały w latach 90. XX wieku. Wcześniej obserwacja wszechświata możliwa była jedynie za pomocą promieniowania elektromagnetycznego (światła widzialnego, fal radiowych i podczerwieni).

LVK składa się z trzech interferometrów:

Współpraca między wspomnianymi detektorami umożliwia bardziej precyzyjne lokalizowanie źródeł fal grawitacyjnych i prowadzenie obserwacji astronomicznych w oparciu o te fale. Detektory w trakcie swojej działalności wykryły ok. 300 zderzeń czarnych dziur. Do tej pory za najmasywniejsze uznawano te ze zdarzenia oznaczonego jako GW190521, które zaobserwowano w 2021 roku. Całkowita masa czarnych dziur była wówczas 140 razy większa niż masa Słońca.

W wyniku współpracy w ramach LVK naukowcy 23 listopada 2023 roku odkryli rozbłysk fal grawitacyjnych, któremu nadali nazwę GW231123. W jego wyniku doszło do największego w historii połączenia dwóch masywnych czarnych dziur. Jedna z nich miała masę około 140 mas Słońca, natomiast druga – około 100 mas Słońca. Wspomniane czarne dziury posiadały jednak nie tylko dużą masę, ale także bardzo szybko wirowały. W wyniku połączenia powstał obiekt o masie 225 razy większej niż masa Słońca, oddalony od Ziemi o około 10 miliardów lat świetlnych.

- Nie sądzimy, aby możliwe było powstanie czarnych dziur o takich masach w wyniku typowego mechanizmu zapadania się gwiazdy po jej śmierci – zaznaczył cytowany przez serwis ScienceNews, fizyk Mark Hannam z Uniwersytetu w Cardiff w Walii, pracujący w LIGO.

Fizycy podejrzewają, że każda ze wspomnianych dwóch czarnych dziur powstała w wyniku wcześniejszego połączenia innych czarnych dziur. Teoria ta uzasadnia ich ogromną masę i szybkość wirowania.

Odkrycie dotyczące największego w historii połączenia dwóch masywnych czarnych dziur zmusza naukowców do ponownego przemyślenia modeli powstawania czarnych dziur.

- Mimo że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem pozostaje połączenie czarnych dziur, bardziej złożone scenariusze mogą być kluczem do rozszyfrowania jego nieoczekiwanych cech. Nadchodzą ekscytujące czasy! – podkreślił Gregorio Carullo z Uniwersytetu w Birmingham i członek LVK, cytowany przez serwis phys.org.

Odkrycie zaprezentowane zostanie na 24. Międzynarodowej Konferencji na temat Ogólnej Teorii Względności i Grawitacji (GR24) oraz 16. Konferencji im. Edoardo Amaldiego na temat Fal Grawitacyjnych. Konferencje te zaplanowano na 14–18 lipca 2025 roku. Odbędą się wspólnie na spotkaniu GR-Amaldi w Glasgow w Szkocji w Wielkiej Brytanii.