Fyzici zjistili největší sloučení srazíní černých děr. Objev má hlavní důsledky pro pochopení toho, jak taková těla ve vesmíru rostou.
„Je to super vzrušující,“ říká Priyamvada Natarajan, teoretický astrofyzik na Yale University v New Haven v Connecticutu, který se do výzkumu nezúčastnil. Fúze byla mezi černými dírami s masy příliš velkými na to, aby fyziky snadno vysvětlili. „Vidíme tyto zakázané černé díry s vysokou hmotností,“ říká.
Objev byl vytvořen Laserová interferometr gravitační vlna observatoře (Ligo), zařízení zahrnující dva detektory ve Spojených státech. Přichází v době, kdy financování financování detekce gravitačních vln čelí ničivým řezům. Výsledky, uvolněné Jako předvolek na arxiv server1byly představeny na Gr-Amaldi Gravitační vlny v Glasgow ve Velké Británii 14. července.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Zakázaná hmota
Ligo detekuje gravitační vlny vypálením laserů dlouhých ramen ve tvaru písmene L. Nepatrné změny délky paže odhalují průchod gravitačních vln planetě. Vlny jsou vlnky v časoprostoru, způsobené zrychlením masivních těl, například když se sloučí dvě inspirativní černé díry nebo neutronové hvězdy.
Od té doby byly stovky těchto fúzí pozorovány pomocí gravitačních vln První detekce Ligo v roce 2015. Tato poslední detekce, která byla provedena v listopadu 2023, je však dosud největší. Modelováním signálu detekovaného LIGO vědci vypočítali, že událost, nazvaná GW231123, byla způsobena dvěma černými otvory s hmotnostmi asi 100 a 140krát vyšší než u slunečního sloučení za vzniku konečné černé díry vážící přibližně 225 slunečních hmot.
„Je to zatím nejmenší (fúze),“ říká Mark Hannam, fyzik na Cardiff University ve Velké Británii a součástí LVK Collaboration, širší sítě detektorů gravitačních vln, která zahrnuje Ligo, Pannu v Itálii a Kagra v Japonsku. Je to „o 50% více než předchozí držitel záznamů“, říká.
Většina událostí zachycených společností Ligo zahrnuje černé díry hvězdné hmoty – ty, které se pohybují od několika až 100násobku hmotnosti slunce – o nichž se předpokládá, že se tvoří, když masivní hvězdy ukončí jejich životy jako supernovy. Dvě černé díry zapojené do GW231123 však spadají do předpovídaného rozsahu nebo v blízkosti solárních hmot 60–130, při nichž se tento proces neočekává, s teoriemi, místo toho předpovídají, že hvězdy by měly být odtrženy. „Pravděpodobně se tedy netvořili tímto normálním mechanismem,“ říká Hannam.
Místo toho se dvě černé díry pravděpodobně vytvořily z dřívějších událostí fúzí – hierarchické fúze masivních těl, která vedla k události detekované společností Ligo, která se odhaduje, že došlo od 0,7 až 4,1 miliardy parsecs pryč (2,3–13,4 miliardy světelných let).
Je to jako „Čtyři prarodiče sloučící se do dvou rodičů, kteří se spojují do jedné černé díry,“ říká Alan Weinstein, fyzik v Kalifornském technologickém institutu v Pasadeně a také součástí spolupráce LVK.
Modely černých děr také naznačují, že se točily mimořádně rychle – asi 40krát za sekundu, což je blízko toho, co Einsteinova obecná teorie relativity předpovídá, že černé díry mohou dosáhnout, zatímco zůstanou stabilní. „Točí se velmi blízko k maximálnímu přípustnému rotu,“ říká Weinstein.
Spin i hmota by mohly poskytnout stopy k tomu, jak černé díry rostou ve vesmíru. Jednou z největších otázek v astronomii je to, jak největší černé díry, supermasivní černé díry nalezené v centrech galaxií, jako je Mléčná dráha, rostly v raném vesmíru.
Ačkoli existuje spousta důkazů o existenci hvězdných hmotnostních černých děr a supermassivních černých děr – o více než milionu solárních hmot – střední hmotnostní černé díry V rozmezí 100 až 100 000 solárních hmot bylo těžší najít. „Nevidíme je,“ říká Natarajan.
Nejnovější detekce by nám mohla říci, že „tyto černé otvory pro střední hmotu několika stovek solárních hmot hrají roli při vývoji galaxií“, říká Hannam, snad prostřednictvím hierarchických fúzí, které by mohly zvýšit rychlost rotace a také hmotnost výsledných černých děr. „Postupně vytváříme seznam druhů černých děr, které jsou tam venku,“ říká.
Řezy dopředu
Tento růst znalostí by mohl být omezen správou amerického prezidenta Donalda Trumpa a jeho navrhovaných škrtů na Národní vědeckou nadaci USA, která vede Ligo. Podle návrhu jeden ze dvou ligoch gravitačních vlnových observatořů by byl vypnut.
V době této detekce v listopadu 2023 nebyly Panno a Kagra funkční. Bez dvou detektorů by si vědci nebyli jisti, že provedli skutečnou detekci dvou sloučení černých děr, říká Hannam. „Protože jsme měli dva detektory, viděli jsme stejný výkyv současně,“ říká.
Uzavření jedné z observatoří by bylo „katastrofické“, říká Natarajan. „Tento objev by nebyl možný, kdyby byla jedna ruka vypnuta.“
Plánované upgrady na Ligo v nadcházejících letech a přidání nových detektorů po celém světě, včetně jeden v IndiiMohlo by výrazně zvýšit schopnosti fyziků ve výzkumu gravitační vlny, oblast astronomie, která je stále v plenkách.
„V příštích několika letech uvidíme tisíce černých děr,“ říká Hannam. „Je tu tato obrovská investice, která byla provedena, a teprve se začíná vyplatit.“
Tento článek je reprodukován se svolením a byl poprvé publikováno 15. července 2025.
