Мистерија за судирот на гигантите - спојување; прекумерна тежина; Црните дупки се контрадикторни
Фузија на црни дупки со "прекумерна тежина" е во спротивност со сегашните модели
Евиденција и загатка во исто време: Астрономите откриле необичен и досега единствен настан на гравитациониот бран. Бидејќи и почетните објекти на ова спојување и добиената црна дупка се потешки од што било претходно забележано - и потешки отколку што дозволуваат сегашните модели. Со 142 соларни маси, објектот создаден при судирот може да биде и првата јасно докажана средна црна дупка.
Астрономите веќе следеле десетици спојувања на црните дупки преку гравитациони бранови, вклучувајќи судири помеѓу многу нееднакви партнери, како што се црни дупки со различна големина или црна дупка со неутронска везда. Меѓутоа, во повеќето случаи, масата на вклучените предмети беше иста како и за blackвездените црни дупки. Овие посебности создадени од суперновите можат, според сегашната доктрина, да се обединат во најмногу 65 сончеви маси.
GW190521: Бенг наместо Цирп
Но, сега детекторите на опсерваторијата ЛИГО и Девица зафатија сигнал на гравитациониот бран што се чини дека ги крши сите правила. Сигналот GW190521 откриен на 21.05.2019 година беше долг само околу една десетина од секундата и опфаќаше четири циклуси на осцилација - ова одговара на последните две орбити на две црни дупки пред да се спојат.
Она што беше невообичаено, сепак, беше високиот интензитет и ниската фреквенција на вибрациите, што укажува на спојување на два особено масивни објекти. „Сигналот беше помалку чуц, како што обично го детектираме, отколку вистински„ тресок “- тоа е најмасовниот сигнал што ЛИГО и Девицата некогаш го забележале“, вели Нелсон Кристенсен од францускиот национален истражувачки центар ЦНРС.
Помасовно од било што порано
Од карактеристиките на GW190521, истражувачите заклучуваат дека овие гравитациони бранови сигурно произлегле од спојување на две особено масивни црни дупки. „Поголемата тежеше околу 85 соларни маси, помалата беше поблизу до 66 соларни маси“, известува за соработката на ЛИГО. „И двете црни дупки се далеку помасивни од сите претходно откриени од Девица и ЛИГО“. Производот од ова спојување е исто така огромен гигант: добиената црна дупка има околу 142 соларни маси.
Така, GW190521 е спој со најголема вкупна маса забележана досега. Енергијата ослободена при овој судир беше соодветно голема: гравитационите бранови имаа енергетски еквивалент на седум сончеви маси. Тоа ги направи доволно „гласни“ за да дојдат до нас дури и од огромна далечина. Спојувањето на двете црни дупки се случи пред околу седум милијарди години - тогаш универзумот беше половина стар од денес.
Прв доказ за средна црна дупка?
Настанот GW190521 предизвикува физичарите да имаат потреба од објаснувања во неколку аспекти. Бидејќи масата на нејзините актери е рекордна, досега уникатна и е во спротивност со вообичаените теории. „Овој настан покренува повеќе прашања отколку што одговара“, вели членот на ЛИГО, Алан Вајнштајн, од Калифорнискиот институт за технологија. „Од гледна точка на физиката, тоа е многу возбудлива работа.
Првата загатка е црната дупка што се формирала при спојувањето: Со 142 соларни маси, таа лежи во средното подрачје помеѓу elвездените црни дупки и супермасивните црни дупки на јадрата на галаксијата. Астрономите долго време се сомневаа дека мора да има средни црни дупки кои го исполнуваат овој јаз од 100 до 100.000 сончеви маси. Но, досега има некои кандидати за оваа класа - но сè уште немаше јасни докази.
„Сега имаме докази дека овие средни црни дупки постојат“, вели Кристофер Бери од универзитетот Нортвестерн во Еванстон.
Потешко отколку што дозволува теоријата
Втората загатка е поставена од еден од двата претходници на оваа средна црна дупка: Со 85 сончеви маси, тој е во опсег на маси во кои всушност не може да има stвездени црни дупки. Според сегашните модели, суперновите создаваат црни дупки со максимум 65 сончеви маси. Од друга страна, ако почетната starвезда е потешка од 200 сончеви маси, таа не експлодира, туку паѓа директно до црната дупка - ова има најмалку 120 сончеви маси.
Тоа значи: Во опсег од 65 до 120 сончеви маси има јаз во кој не треба да има црни дупки - астрофизичарите го нарекуваат ова како јаз за нестабилност во парови. Но, токму во овој јаз лежи потешкиот од двата предходни објекти на GW190521. „Фактот што гледаме црна дупка во средината на овој масовен јаз ќе го покрене прашањето за многу астрофизичари како можеше да се појави таква црна дупка“, вели Кристенсен.
Упатување на хиерархиско спојување?
И одговорот? „GW190521 сугерира дека starsвездите можат да создадат црни дупки што се толку тешки или дека некои црни дупки забележани од ЛИГО и Девица се формирани на поинаков начин - можеби како производ на претходна спојување“, објаснува соработката на ЛИГО. Тогаш GW190521 би бил пример за хиерархиски спојувања кои досега беа теоретски само постулирани - судири на црни дупки, што пак резултираа и од спојувања.
Таквите серија на сè помасивни спојувања може да се случат кога многу starsвезди блиску една до друга ќе го достигнат крајот на нивниот животен циклус и ќе станат црни дупки преку суперновите - на пример во starвездени јата или во густите центри на галаксиите. Таму, гравитацијата на супермасивната црна дупка би можела квази да ги задржи овие предмети во заробеништво и на тој начин да ги предизвика сериските спојувања.
Сè уште не е јасно како настанал настанот со гравитациониот бран GW19052 и како настанале неговите актери. Прашањето дали црните дупки на оваа маса се космички растојанија или претставуваат само тежок крај на претходно познатиот масовен спектар, сè уште не е разјаснето. „Се надеваме дека, кога ќе го анализираме целото спојување на црни дупки што ги забележаа ЛИГО и Девица при нивното трето набудување, ќе знаеме повеќе“, вели Карстен Данзман од Институтот за гравитациона физика Макс Планк. (Писма за физички прегледи, писма за астрофизички журнал)
Извор: Соработка на ЛИГО и Соработка на Девици, Институт за гравитациона физика Макс Планк