Rekordinis atradimas: Didžiausias juodųjų skylių susiliejimas

Revoliucinis atradimas: didžiausias kada nors užfiksuotas juodųjų skylių susiliejimas

Tarptautinė fizikų komanda iš LIGO, Virgo ir KAGRA gravitacinių bangų observatorijų paskelbė apie naują juodųjų skylių susiliejimą, kuris tapo masyviausiu kada nors užfiksuotu įvykiu ir iš esmės praplėtė mūsų suvokimą apie ekstremaliausius Visatos reiškinius. Šis gravitacinių bangų signalas, pažymėtas kaip GW231123, buvo oficialiai pristatytas Edoardo Amaldi konferencijoje, vykusioje Glazge, Škotijoje.

Šis milžiniškas susidūrimas suformavo juodąją skylę, kurios masė siekia net apie 225 Saulės masių. Gravitacinės bangos – erdvėlaikio bangos, kurias dar prieš šimtmetį numatė Einšteinas – susiformavo, kai dvi juodosios skylės, sveriančios maždaug 100 ir 140 Saulės masių, spirališkai artėjo viena prie kitos ir galiausiai susijungė. Šio įvykio mastas gerokai viršija visus iki šiol užfiksuotus juodųjų skylių susiliejimus.

LIGO, Virgo ir KAGRA bendradarbiavimas: Visatos kataklizmų atodanga

LIGO (Lazerių interferometro gravitacinių bangų observatorija), kartu su Europos projektu Virgo ir Japonijos KAGRA, sudaro pasaulinį gravitacinių bangų astronomijos tinklą. Šių tyrimų pagrindą sudaro itin tikslus lazerinis interferometrijos metodas: galingi lazeriai nustato mikroskopinius atstumų tarp kelių kilometrų atstumu išdėstytų veidrodžių pokyčius – tolimų ir galingų kosminių katastrofų pėdsakus, sklindančius milijardus šviesmečių.

LIGO veikia su dviem detektoriais Hanforde (Vašingtono valstija) ir Livingstone (Luiziana). 2016 m. Italijoje įrengtas Advanced Virgo sustiprino aptikimo tinklą, o KAGRA Japonijoje tapo pirmąja Azijos gravitacinių bangų observatorija ir vienintele, veikiančia po žeme – tai ženkliai sumažina seisminius trikdžius ir padidina jautrumą. Nuo 2021 m. statoma LIGO-Indija, kurios paleidimas planuojamas po 2025 m., dar labiau išplės pasaulinį gravitacinių bangų aptikimo tinklą.

Pastaruosius kelerius metus konsorciumas užfiksavo dešimtis gravitacinių bangų įvykių, įskaitant istorinius pirmuosius juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių susijungimus, už kuriuos buvo įteikta Nobelio premija. 2021 m. bendradarbiaujant taip pat buvo identifikuotas pirmasis „masės spragos“ susiliejimas: neutroninės žvaigždės ir paslaptingo objekto, kurio masė nestandartinė nė vienam iki tol žinomam objektui. Tai nurodo iki šiol menkai tyrinėtus masių pasiskirstymus Visatoje – vadinamuosius masės spragos objektus.

Mokslinė reikšmė ir teorinės staigmenos

Iki GW231123, didžiausias žinomas juodųjų skylių susiliejimas buvo GW190521, užfiksuotas 2020 m., kai susiformavo 140 Saulės masių objektas. Naujojo GW231123 susiliejimo atveju susijungusios juodosios skylės ne tik viršijo visus ankstesnius masės rekordus, bet ir pasižymėjo ypač dideliu sukimosi greičiu – artimu teorinėms bendrosios reliatyvumo riboms. Tai apsunkino duomenų analizę ir atidėjo oficialų atradimo paskelbimą, nes buvo būtini išsamūs patikrinimai ir modeliavimas.

Susiliejimo mastas ir dinamika kelia iššūkį dabartinėms teorijoms apie žvaigždžių ir juodųjų skylių evoliuciją. Dabartiniais astrofizikų modeliais, tiesiogiai iš vienos žvaigždės kolapso tokio dydžio juodosios skylės neturėtų formuotis. Manoma, kad GW231123 atveju įvyko vadinamasis hierarchinis susiliejimas – kiekviena juodoji skylė savo ruožtu buvo ankstesnių susijungimų produktas; vadinasi, šios milžiniškos struktūros yra daugelio kartų kosminių susidurimų rezultatas tankiuose žvaigždžių spiečiuose.

„Toks didele mase ir sukimosi greičiu išsiskiriantis objektas kelia rimtų iššūkių ne tik duomenų analizės, bet ir juodųjų skylių susidarymo bei gravitacinių bangų teorinių modelių srityje“, – teigė Ed Porter iš Prancūzijos nacionalinio mokslo tyrimų centro (CNRS), pabrėždamas technologinių ir teorinių pasiekimų svarbą.

Gravitacinių bangų astronomijos ateities kryptys

GW231123 aptikimas žymi naują etapą gravitacinių bangų moksle, iškeldamas naujus klausimus apie didžiausių ir ekstremaliausių kosminių objektų kilmę. LIGO, Virgo ir KAGRA toliau tobulindami detektorius, tikisi aptikti dar daugiau masyvių, greitai besisukančių ir hierarchiškai susiformavusių juodųjų skylių susiliejimų. Tokie atradimai gilins mūsų supratimą apie juodųjų skylių augimą, žvaigždžių evoliuciją, išmėgins bendrosios reliatyvumo teorijos ribas ir leis naujai pažvelgti į Visatos praeitį.

Išvada

GW231123 susiliejimas yra reikšminga nauja žyma Visatos smurtingų ir paslaptingų įvykių tyrimo istorijoje. Dėka nuolat tobulėjančių LIGO, Virgo ir KAGRA stebėjimų, gravitacinių bangų astronomija atveria naujas kosminių procesų, juodųjų skylių fizikos ir esminių erdvės bei laiko dėsnių pažinimo kryptis.