Usłyszeliśmy narodziny nowych czarnych dziur. To już kolejne pokolenie
Odkąd w 2015 r. naukowcy po raz pierwszy w historii zarejestrowali fale grawitacyjne przechodzące przez Ziemię, astronomowie zyskali zupełnie nowy sposób badania czarnych dziur. Dekadę później z uwagą obserwujemy powstawanie nowych obiektów tego typu.
W październiku i listopadzie 2024 r. pozornie o kosmosie za dużo nie słyszeliśmy. Międzynarodowa sieć detektorów fal grawitacyjnych LIGO-Virgo-KAGRA miała w tym czasie jednak pełne ręce roboty. W odstępie zaledwie kilku tygodni, instrumenty zarejestrowały bowiem dwa interesujące zderzenia czarnych dziur. Choć detekcja obu zdarzeń na Ziemi zbiegła się ze sobą w czasie, to w rzeczywistości pierwszy sygnał (skatalogowany pod numerem GW241011) został wyemitowany 700 mln lat temu, a drugi (GW241110) aż 2,4 mld lat temu.
Oba zdarzenia pod wieloma względami były do siebie zaskakująco podobne. W pierwszej detekcji doszło bowiem do zderzenia czarnych dziur o masie 17 i 7 mas Słońca. W tym konkretnym przypadku bardziej masywna czarna dziura była jedną z najszybciej wirujących czarnych dziur, jaką kiedykolwiek zarejestrowano. W sygnale zarejestrowanym miesiąc później natomiast masy obu czarnych dziur oszacowano na 16 i 8 mas Słońca. W tym przypadku uwagę naukowców zwrócił fakt, iż masywniejsza z obu czarnych dziur wirowała w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu orbitalnego wokół mniejszej z nich.
To były absolutnie wyjątkowe zdarzenia
Analiza obu przypadków wskazuje jednak na coś jeszcze. Mamy tutaj bowiem do czynienia ze zderzeniami, w których występuje wyraźna asymetria mas, tj. większa czarna dziura jest dwukrotnie masywniejsza od swojej towarzyszki. Jakby tego było mało, obie "masywniejsze" czarne dziury wirują z zaskakującą prędkością.
Astronomowie podejrzewają, że właśnie te masywniejsze czarne dziury same w sobie powstały w zderzeniach mniejszych czarnych dziur, co oznacza, że mamy tutaj do czynienia ze swoistym hierarchicznym łączeniem się obiektów kompaktowych w coraz większe i coraz masywniejsze czarne dziury. Do takich zdarzeń może dochodzić w bardzo gęstych środowiskach, np. w gromadach gwiazd, gdzie gwiazdy i czarne dziury są gęsto upakowane na stosunkowo małej przestrzeni.
GW241011 posłużyło też do testu ogólnej teorii względności Einsteina i rozwiązania Kerra dla rotujących czarnych dziur. Zaskakująco wysoka prędkość rotacji masywniejszej czarnej dziury prowadzi do jej odkształcenia. Taki niejednorodny kształt z kolei pozostawia wyraźny kształt na wyemitowanej w zderzeniu fali grawitacyjnej. Analiza tego konkretnego zdarzenia potwierdziła zgodność obserwacji z założeniami teoretycznymi. Wcześniej udało się tego dokonać tylko w dwóch innych przypadkach.
