Před sloučením se složitý vzorec gravitačních vln emitovaných párem černých děr krouží. | Foto kredit: Henze/NASA
Vědci pracující se sítí observatoří nacházejících se po celém světě nedávno uvedli, že ano detekoval silný a neobvyklý výbuch gravitačních vlnkteré nazývali GW231123. Signál byl vysledován zpět ke dvěma černým otvorům, které se do sebe srazily 23. listopadu 2023.
Toto není poprvé, kdy observatoře detekovaly gravitační vlny, ale událost je zvláštní kvůli mimořádné velikosti zapojených černých děr: jsou mnohem těžší, než většina z nich předtím. Zajímavější je skutečnost, že se zdálo, že těžší černá díra má „zakázanou“ hmotu – hodnota uvnitř rozsahu zvané Mass Mezera nestability páru – což zpochybňuje to, co fyziky považují za možné pro černé díry vytvořené z umírajících hvězd.
Představte si na konci svého života masivní hvězdu. Obvykle velmi těžké hvězdy explodují v supernovech a zanechávají za sebou černé díry. Teorie však předpovídá, že žádné černé díry by se neměly vytvářet s masami mezi asi 60 a 130násobkem hmotnosti našeho slunce. Toto je párová nestabilita hmotnostní mezera: předpokládá se, že existuje, protože hvězdy tento velký exploduje tak násilně, že nic nezůstane, ani černá díra, jen rozptýlený plyn.
Nad 130 solárních hmot mohou hvězdy přeskočit explozi a přímo se zhroutit, aby vytvořily supermassivní černé díry.
Takže nalezení černých děr v masové mezeře vyvolává důležité otázky o tom, jak se tam dostali.
23. listopadu 2023, dva laserové interferometr gravitační vlnové observatoře (Ligo) v USA detekovaly výbuch gravitačních vln, slabé vlnky v prostoru vytvořené masivními objekty zrychlujícími a srážky. Událost GW231123 trvala jen asi jednu desetinu sekundy a signál byl silný a jasný. K kolizi došlo asi 2 miliardy světel.
Vědci v Ligo, jako také observatoře Panny a Kagra v Itálii a Japonsku, provedli podrobnou analýzu a určili hmotu před fúzí dvou kolizujících černých děr. Těžší měl 120-159 solárních hmot, ale pravděpodobně se soustředil na 137 solárních hmot. Lehčtější vážil 51-123 sluneční hmoty, ale pravděpodobně se soustředil na 103 solárních hmot. Celková hmotnost zapojená do kolize byla tedy pravděpodobně 190-265 solárních hmot, čímž se GW231123 stala nejmenší fúzí černé díry, jakou kdy byla viděna s vysokou důvěrou.
Hmotnost těžší černé díry ve fúzi je přímo uvnitř, nebo těsně nad, párová nestabilita hmotnostní mezery. Hmota lehčího by mohla být také v mezeře nebo v jeho blízkosti, vzhledem k velké nejistotě. Podle teorie nemohou hvězdy v tomto rozsahu zanechat černé díry, takže vědci se domnívají, že se musí děje něco jiného.
Už zvažují několik vysvětlení. Jeden se například nazývá hierarchická fúze: menší černé otvory by se mohly spojit uvnitř hustých hvězd, pak se výsledné větší černé otvory znovu spojí, v průběhu času se staví a skončí uvnitř mezery. Tato možnost najde určitou podporu ze skutečnosti, že se obě černé díry rychle točily. Obvykle černé díry vytvořené z jednotlivých hvězd tak rychle netočí.
Další možností je hvězdná fúze. Někdy by se dvě hvězdy mohly sloučit dříve, než zemřou, a vytvořit mnohem větší hvězdu, která by se mohla zhroutí, aby vytvořila černou díru, jejíž masová přistává uvnitř mezery. Je také možné, že tyto dvě černé díry vytvořené hned po velkém třesku procesem nesouvisejícím s hvězdami, i když tato myšlenka je v oblasti spekulací. Mezi další potenciální vysvětlení patří některé hvězdy, které ztratí méně hmoty před explodem nebo dosud zcela neznámé procesy.
Hlavní myšlenka je, že detekce GW231123 naznačuje, že vesmír může přece jen černé díry v hmotnostní mezeře, a to nejen skrz kolaps jednotlivých hvězd. A že tato skutečnost znamená teorie vědců o životech a úmrtích masivních hvězd, je třeba aktualizovat.
Publikováno – 18. července 2025 09:19
