Beprecedentis juodųjų skylių susijungimas keičia mokslininkų supratimą

Nepaprastas juodųjų skylių susijungimas užfiksuotas

Astronomai užfiksavo išskirtinio masto juodųjų skylių susidūrimą, galintį iš esmės pakeisti juodųjų skylių evoliucijos ir augimo supratimą visatoje. Šis įvykis, pavadintas GW 231123 pagal jo aptikimo datą – 2023 m. lapkričio 23 d. – tapo didžiausiu iki šiol gravitacinių bangų observatorijų užregistruotu juodųjų skylių susijungimu. Po šios kosminės katastrofos susiformavusi juodoji skylė dabar yra didesnė nei 225 Saulės masės – tai daugiau nei bet kuri iki šiol stebėta tokio tipo juodoji skylė.

Iššūkiai nusistovėjusioms juodųjų skylių formavimosi teorijoms

Iki GW 231123 didžiausias juodųjų skylių susijungimas buvo užfiksuotas, kai galutinis objektas pasiekė 142 Saulės mases. Šio naujo atradimo išskirtinumas – abi susijungusios juodosios skylės viršijo teorinę masės ribą, kurią, kaip manoma, gali pasiekti žvaigždžių kolapso metu susiformavusios juodosios skylės (vadinamosios žvaigždinės masės juodosios skylės). Pagal standartinius žvaigždžių evoliucijos modelius tokio dydžio objektai susidaryti neturėtų, nes labai masyvios žvaigždės žūna vadinamosiose porų nestabilumo supernovose, nepalikdamos liekanos.

Markas Hannamas, astronomas ir fizikas iš Kardifo universiteto, aiškina: „Tai masyviausia juodųjų skylių pora, kurią esame stebėję gravitacinių bangų pagalba. Šis atradimas iš tiesų kelia rimtų iššūkių mūsų juodųjų skylių susidarymo supratimui – tokios masės juodosios skylės, remiantis standartiniais modeliais, neturėtų egzistuoti. Viena iš galimų versijų – jos susiformavo kaip ankstesnių juodųjų skylių susijungimų rezultatas, masę sukaupdamos per kelis įvykius.“

Gravitacinių bangų astronomijos vaidmuo

Gravitacinių bangų astronomijos era prasidėjo 2015 metais, kai Lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorija (LIGO) pirmąkart aptiko erdvėlaikio bangavimą, sukeltą tolimų susijungimų. Nuo to laiko LIGO kartu su „Virgo“ ir KAGRA observatorijomis aptiko apie 300 gravitacinių bangų signalų, sklidusių iš įvairių juodųjų skylių susijungimų visatoje. Analizuodami šias bangas, mokslininkai gali nustatyti pagrindinius susiduriančių juodųjų skylių parametrus – masę ir sukimąsi.

Mažų ar žvaigždinės masės juodųjų skylių aptikti itin sudėtinga, nes jos neskleidžia šviesos, kurią galėtų stebėti teleskopai. Tačiau jų susidūrimų metu generuojamos gravitacinės bangos yra tiesioginis šių objektų egzistavimo įrodymas ir leidžia astronomams tikslinti juodųjų skylių populiacijos bei kilmės modelius.

Juodųjų skylių masės ribų pažinimas

Ypatingo dėmesio sulaukia tarpinės masės juodosios skylės, kurios smarkiai viršija įprastų žvaigždžių likučių masę. Teoriniai modeliai rodo, kad juodosios skylės, viršijančios 40–60 Saulės masių, negali susiformuoti iš vienos žvaigždės kolapso dėl porų nestabilumo proceso – tada žvaigždės sprogimas visiškai sunaikina branduolį. Tokie susijungimai kaip GW 231123, kai abi juodosios skylės viršijo minėtą ribą, leidžia manyti apie kelių kartų formavimosi procesą.

Sukimosi greičiai ir juodųjų skylių istorijos užuominos

Mokslininkai pažymi, kad abiejų GW 231123 įvykio juodųjų skylių sukimasis buvo beveik maksimalus pagal teorines ribas. Toks didelis sukimosi greitis apsunkina gravitacinių bangų duomenų analizę. Greitas sukimasis gali rodyti, kad juodoji skylė anksčiau susidarė per kitų juodųjų skylių susijungimą. Sujungus dvi juodąsias skyles, naujoji struktūra paprastai paveldi didelį sukimąsi. Sekant šias savybes, astronomai gali atskirti juodąsias skyles, iš karto atsiradusias iš žvaigždžių kolapso, nuo formuotų kelių susijungimų dėka.

Birmingamo universiteto fizikas Gregorio Carullo komentuoja: „Prireiks dar daug metų, kol bendruomenė visiškai išnarplios šio kompleksiško signalo modelį ir suras visus atradimo paaiškinimus. Tikėtina, kad tai juodųjų skylių susijungimas, tačiau gali pasitvirtinti ir sudėtingesnės scenarijai. Šioje srityje mūsų laukia įdomūs laikai!“

Poveikis supermasyvių juodųjų skylių augimo supratimui

Rekordinis GW 231123 susijungimas atveria naują žvilgsnį į ilgai tyrinėtą klausimą – kaip susiformuoja supermasyvios juodosios skylės, turinčios milijonus ar net milijardus Saulės masių galaktikų centruose. Ekspertai jau seniai diskutuoja, ar šie kosminiai milžinai užauga greitai per milžiniškus vienkartinius įvykius, ar nuosekliai jungiantis daugeliui mažesnių juodųjų skylių. Šis stebėjimas palaiko antrąją hipotezę – tai rodo, kad pakartotiniai juodųjų skylių susijungimai tampa būdinga šių sunkiai suprantamų gravitacinių objektų augimo dalimi.

Išvados

GW 231123 atradimas yra esminis pasiekimas gravitacinių bangų astronomijoje, verčiantis mokslininkus iš naujo peržiūrėti juodųjų skylių susidarymo ir augimo teorijas. Šio susijungimo nepasiektas masės dydis ir didelis sukimosi greitis kelia klausimų nusistovėjusiems modeliams ir leidžia spėti apie žymiai sudėtingesnį juodųjų skylių istorijos kelią. Toliau analizuojant surinktus duomenis, tikimasi naujų įžvalgų, galėsiančių pagilinti mūsų supratimą apie tamsiausius visatos objektus bei atskleisti procesus, skatinančius galaktikų raidą ir plėtrą per kosminį laiką.