Časoprostor se třpytí v úrodě nových detekcí gravitačních vln

Astronomové ohlásili obrovský počet nových detekcí gravitačních vln. 35 nových signálů, které tvoří třetí katalog přechodů gravitačních vln (GWTC-3), pomáhá vědcům podrobněji zkoumat hlubiny vesmíru.

Gravitační vlny jsou vlnění v samotném časoprostoru, vytvořené v kosmických kataklyzmatech, jako je slučování černých děr a srážky neutronových hvězd. Poprvé byly předpovězeny na počátku 20. století, ale nebyly přímo detekovány až do roku 2015, přičemž během šesti let od té doby byly zaznamenány desítky signálů.

A nyní s GWTC-3 se seznam rozrostl o 35, čímž se celkový počet detekcí zvýšil na 90. Tyto nové události byly detekovány zařízeními LIGO, Virgo a KAGRA během druhé části pozorovacího běhu 3 (O3b), který byl probíhala od listopadu 2019 do března 2020, než byla přerušena pandemií COVID-19.

Naprostá většina nových detekcí pocházela ze sloučení párů černých děr, ale zdá se, že dvě události byly způsobeny černou dírou, která spolkla neutronovou hvězdu. Jedna další detekce je však obzvláště zvláštní – zahrnuje srážku černé díry s „tajemným objektem“ o hmotnosti přibližně 2,8krát větší než Slunce. Podle současných definic je to příliš hmotné na neutronovou hvězdu, ale příliš lehké na to, aby šlo o černou díru.

Tým tvrdí, že nejpravděpodobnějším vysvětlením je černá díra s nízkou hmotností. Zdá se, že horní hranice hmotnosti neutronových hvězd je ve fyzice poměrně dobře definovaná, přibližně 2,1 hmotnosti Slunce. Ale spodní limit pro černé díry, stanovený na přibližně pět hmotností Slunce, je většinou založen na pozorováních, takže tato nová detekce – stejně jako podobný signál v srpnu 2019 – by mohla ukázat, že musíme revidovat naše chápání toho, jak malé černé díry může být.

Na druhém konci žebříčku odhalil nový pozorovací běh také některá absolutní monstra. Signál nazvaný GW200220_061928 zahrnoval kolizi mezi černými dírami o hmotnostech 87 a 61 hmotností Slunce, což vedlo ke konečné černé díře o hmotnosti 141 hmotností Slunce (chybějících sedm hmotností Slunce bylo přeměněno na energii a odneseno ve formě gravitačních vln. ) To spadá přímo do nedostatečně prozkoumané střední třídy mezi hvězdnými a supermasivními černými dírami.

Carl Knox, OzGrav-Swinburne University

Astronomové byli schopni odvodit rotace některých černých děr z jejich signálů gravitačních vln. Ve dvou případech se zdá, že před jejich sloučením se černé díry otáčely zpět ve vztahu k jejich oběžným drahám kolem sebe.

Vědci tvrdí, že poklad nových dat by mohl astronomům pomoci odhalit hlavní záhady vesmíru.

„Toto je skutečně nová éra pro detekci gravitačních vln a rostoucí populace objevů odhaluje tolik informací o životě a smrti hvězd v celém vesmíru,“ říká profesorka Susan Scottová, autorka studie. „Při pohledu na masy a rotace černých děr v těchto binárních systémech naznačují, jak se tyto systémy vůbec daly dohromady.

„Také to vyvolává některé opravdu fascinující otázky. Například, vznikl systém původně se dvěma hvězdami, které spolu prošly svými životními cykly a nakonec se staly černými dírami? Nebo byly dvě černé díry sraženy k sobě ve velmi hustém dynamickém prostředí, jako např. střed galaxie?“

Pozorovací běh 4 má začít koncem roku 2022. Výzkum byl předložen k publikaci a je v současné době dostupný na předtiskovém serveru arXiv.

Zdroje: LIGO, OzGrav, Australia National University