Rekordinė juodųjų skylių susiliejimo stebėsena keičia mūsų supratimą apie Visatą

Pralaužimas astronomijoje: užfiksuotas didžiausias juodųjų skylių susiliejimas

Tarptautinė fizikų komanda iš LIGO, Virgo ir KAGRA gravitacinių bangų observatorijų paskelbė apie didžiausio iki šiol stebėto juodųjų skylių susiliejimo atradimą, kuris pranoko visus ankstesnius rekordus ir gerokai praplėtė supratimą apie kraštutinius Visatos reiškinius. Gravitacinių bangų įvykis, pavadintas GW231123, buvo pristatytas Edoardo Amaldi konferencijoje, vykusioje Glazge, Škotijoje.

Šios milžiniškos kosminės katastrofos metu susiformavo viena juodoji skylė, kurios masė siekia apie 225 Saulės masių. Gravitacinės bangos – erdvėlaikio bangavimai, kuriuos pirmas numatė Einšteinas – buvo sukeltos dviem masyvioms juodosioms skylėms, kurių masė siekė atitinkamai apie 100 ir 140 Saulės masių, artėjant viena prie kitos ir galiausiai susijungiant. Įvykio mastas daug kartų viršija visus iki šiol aptiktus juodųjų skylių susiliejimus.

LIGO, Virgo ir KAGRA bendradarbiavimas: Visatos katastrofų atskleidimas

LIGO (Lazerių interferometrinė gravitacinių bangų observatorija) kartu su Europos projektu Virgo ir Japonijos KAGRA sudaro pažangiausią pasaulinį gravitacinių bangų astronomijos tinklą. Šios observatorijos pasitelkia itin tikslią lazerinę interferometriją: galingi lazeriai matuoja itin mažus veidrodžių atstumų pokyčius, kuriuos sukelia net už milijardų šviesmečių vykstantys galingi kosminiai įvykiai.

LIGO valdo dvi detektorių stotis Hanforde (Vašingtono valstijoje) ir Livingston'e (Luizianoje). Pažangi Virgo observatorija Italijoje išplėtė tinklo galimybes nuo 2016 metų, o KAGRA Japonijoje tapo pirmuoju Azijos gravitacinių bangų detektoriumi ir pirmąja po žeme įrengta observatorija, kas iš esmės pagerino jautrumą apsaugant nuo seisminių trikdžių. Nuo 2021 m. pradėjus statyti LIGO-Indija, dar labiau išplės stebėsenos galimybes ir tarptautinį pasiekiamumą po 2025 m.

Pastaraisiais metais ši tyrėjų konsorciumas užfiksavo dešimtis gravitacinių bangų įvykių, įskaitant istorinius – pirmuosius patvirtintus juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių susiliejimus. Už šiuos pasiekimus buvo pelnyta ir Nobelio premija. Ypatingas atradimas įvyko 2021 m., kai pirmą kartą buvo stebėtas vadinamasis masių „spragos“ įvykis: neutroninės žvaigždės ir keistos, nei neutroninei žvaigždei, nei įprastai juodajai skylei nepriklausančios masės objekto susiliejimas. Tai užsiminė apie dar neištyrus kosminių masių grupavimus – vadinamuosius masės spragos objektus.

Mokslinė reikšmė ir teorinės staigmenos

Iki GW231123 didžiausias žinomas juodųjų skylių susiliejimas buvo GW190521 (2020 m.), kurio metu susiformavo apie 140 Saulės masių juodoji skylė. Naujasis GW231123 ne tik pagerino buvusį rekordą, bet ir nustebino tuo, jog abi besijungusios juodosios skylės sukosi beveik maksimaliu – bendrosios reliatyvumo teorijos nulemtu – greičiu. Tai apsunkino įvykio analizę ir pratęsė oficialų paskelbimą, nes prireikė itin kruopštaus duomenų patikrinimo ir modeliavimo.

Šio susiliejimo mastas ir dinamika meta iššūkį dabartinėms žvaigždžių bei juodųjų skylių evoliucijos teorijoms. Pasak esamų astrofizikos modelių, tokio dydžio juodosios skylės negali susidaryti tiesiogiai sprogstant vienai žvaigždei (branduolių kolapso supernovai). Tikėtina, kad GW231123 yra „hierarchinio susiliejimo“ rezultatas: abi juodosios skylės anksčiau jau buvo susiformavusios susiliejant kitoms juodosioms skylėms, tad šios milžiniškos juodosios skylės simbolizuoja ištisas kartas kosminių susidūrimų tankiuose žvaigždžių telkiniuose.

„Šio masyvaus ir itin greitai besisukančio objekto atradimas kelia iššūkių ne tik duomenų analizei, bet ir teoriniams juodųjų skylių formavimosi ir gravitacinių bangų modeliams“, – teigia Ed Porter iš Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS), pabrėždamas naujas technologines ir teorines ribas, kurias šis atradimas padėjo įveikti.

Ateities kryptys gravitacinių bangų astronomijoje

GW231123 detekcija – itin reikšminga pažanga gravitacinių bangų tyrimuose, kelianti naujų klausimų apie ekstremaliausių Visatos objektų kilmę. LIGO, Virgo ir KAGRA detektoriams toliau gerinant jautrumą ir plečiant geografiją, tikimasi vis dažniau aptikti milžiniškų, greitai besisukančių ir hierarchiškai susiliejančių juodųjų skylių. Šie atradimai ne tik leis tikslinti juodųjų skylių augimo bei žvaigždžių evoliucijos modelius, bet ir toliau bandys Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos ribas bei mūsų supratimą apie Visatos istoriją.

Išvada

GW231123 susiliejimas – išskirtinis žingsnis tiriant didžiausius ir paslaptingiausius Visatos įvykius. LIGO, Virgo ir KAGRA tyrėjų bendradarbiavimas, išplėsdamas stebėsenos astronomijos galimybes, dar labiau gilina mūsų supratimą apie kosminę evoliuciją ir atveria naujus horizontus gravitacinių bangų, juodųjų skylių fizikos bei fundamentalių Visatos dėsnių pažinimui.