Pred miliardami rokov sa dve čierne diery oveľa hmotnejšie ako Slnko - každá po 31 a 19 slnečných hmotách - spojili vo vzdialenej galaxii. 4. januára 2017 sa tieto gravitačné vlny, putujúce vesmírom rýchlosťou svetla, nakoniec dostali na Zem, kde stlačili a roztiahli našu planétu na niekoľko atómov. To stačilo na to, aby dva detektory LIGO vo Washingtone a Louisiane zachytili signál a presne zrekonštruovali, čo sa stalo. Po tretíkrát v histórii sme priamo pozorovali gravitačné vlny. Medzitým ďalekohľady a observatóriá po celom svete, vrátane tých, ktoré sa nachádzajú na obežnej dráhe Zeme, hľadali úplne iný signál: niečo ako svetlo alebo elektromagnetické žiarenie, ktoré tieto splývajúce čierne diery mohli vyžarovať.
Ilustrácia dvoch splývajúcich čiernych dier porovnateľnej hmotnosti ako tie, ktoré sú viditeľné v LIGO. Očakáva sa, že takáto fúzia by mala produkovať veľmi málo elektromagnetických signálov, ale prítomnosť vysoko zahriatej látky v blízkosti takýchto objektov to môže zmeniť.
Podľa našich najlepších fyzikálnych modelov by zlúčenie čiernych dier nemalo vyžarovať vôbec žiadne svetlo. Masívna singularita obklopená horizontom udalostí môže vyžarovať gravitačné vlny v dôsledku meniaceho sa zakrivenia časopriestoru, pretože sa točí okolo inej obrovskej masy, čo naznačuje všeobecná relativita. Keďže gravitačná energia vo forme žiarenia musí odniekiaľ pochádzať, výsledná čierna diera po zlúčení bude o niekoľko solárnych hmôt ľahšia ako súčet zdrojov, ktoré ju generovali. To je úplne v súlade s dvoma ďalšími zlúčeniami, ktoré pozorovalo LIGO: asi 5% pôvodných hmôt bolo prevedených na čistú energiu vo forme gravitačného žiarenia.
Masy známych binárnych systémov čiernych dier, vrátane troch potvrdených fúzií LIGO a jedného kandidáta na fúziu
Ale ak je niečo mimo týchto čiernych dier, napríklad akrečný disk, brána firewall, tvrdá škrupina, difúzny mrak alebo čokoľvek iné, zrýchlenie a zahriatie tohto materiálu môžu vytvárať elektromagnetické žiarenie, ktoré postupuje spolu s našimi gravitačnými vlnami. Po prvej detekcii LIGO Fermi Gamma-ray Burst Monitor uviedol, že detekoval výbuch vysokej energie zhodujúci sa s časom signálu gravitačnej vlny. Bohužiaľ satelit ESA nielenže nepotvrdil výsledky Fermiho, ale vedci, ktorí tam pracujú, objavili chybu vo Fermiho analýze ich údajov, čo úplne diskreditovalo ich výsledky.
Zlúčenie dvoch čiernych dier očami umelca s akrečným diskom. Hustota a energia hmoty by tu nemali byť dostatočné na vytvorenie gama lúčov alebo röntgenových lúčov, ale ktovie, čoho je príroda schopná.
Druhá fúzia nevykazovala také náznaky elektromagnetických signálov, čo však nie je prekvapujúce: čierne diery boli výrazne svetlejšie, takže akýkoľvek generovaný signál by mal zodpovedajúcim spôsobom nižšiu veľkosť. Ale tretia fúzia bola tiež masovo veľká, porovnateľnejšia s prvou ako s druhou. Aj keď Fermi nič nehovoril a satelit ESA Integral tiež mlčal, existovali dva náznaky, že mohlo dôjsť k elektromagnetickému žiareniu. Družica AGILE Talianskej vesmírnej agentúry zaznamenala slabú krátkodobú erupciu, ktorá sa vyskytla pol sekundy pred zlúčením v spoločnosti LIGO, a röntgenové, rádiové a optické pozorovania boli kombinované podivne.
Keby sa niečo z toho dalo pripísať zlúčeniu čiernych dier, bolo by to úplne neuveriteľné. O čiernych dierach všeobecne vieme tak málo, čo môžeme povedať o ich zlučovaní. Nikdy sme ich nevideli na vlastné oči, aj keď ďalekohľad Event Horizon Telescope to urobí akosi do konca tohto roka. Len tento rok sme zistili, že čierne diery nemajú tvrdé horizonty obklopujúce horizont udalostí, ale táto skutočnosť bola tiež štatistická. Takže pokiaľ ide o možnosť, že čierne diery môžu mať elektromagnetické úniky, stojí za to mať otvorenú myseľ.
Propagačné video:
Vzdialené masívne kvasary majú v jadrách supermasívne čierne diery a ich elektromagnetické úniky sa dajú ľahko zistiť. Ale zatiaľ sme nevideli splývajúce čierne diery (najmä tie s nízkou hmotnosťou, menej ako 100 slnečnými lúčmi), ktoré vyžarujú všetko, čo je možné zistiť.
Bohužiaľ, žiadne z týchto pozorovaní neposkytuje potrebné údaje, ktoré by nás viedli k záveru, že splývajúce čierne diery môžu vyžarovať čokoľvek v elektromagnetickom spektre. Všeobecne je dosť ťažké získať presvedčivé dôkazy, pretože ani dvojité detektory LIGO, pracujúce s neuveriteľnou presnosťou, nedokážu presne určiť polohu signálu gravitačnej vlny s väčšou presnosťou ako do súhvezdia alebo troch. Pretože gravitačné vlny a elektromagnetické vlny sa šíria rýchlosťou svetla, je veľmi nepravdepodobné, že medzi nimi bude takmer 24-hodinové oneskorenie. Prechodný jav sa navyše vyskytuje vo vzdialenosti, ktorá neumožňuje jeho priradenie k gravitačnej vlne.
Oblasť pozorovania observatória AGILE v čase pozorovaní LIGO s možným umiestnením zdroja gravitačných vĺn zobrazeným vo fialových obrysoch
Pozorovania agentúry AGILE môžu potenciálne naznačiť, že sa deje niečo zaujímavé. V okamihu, keď bola zistená udalosť gravitačnej vlny, zameral sa AGILE na oblasť vesmíru, ktorá obsahuje 36% študijnej oblasti LIGO. Podľa vedcov sa „prebytok detekovaných röntgenových fotónov“objavil niekde nad obvyklým priemerným pozadím. Keď sa však pozrieme na údaje, prvá otázka, ktorú si vedci kladú, je: Akí sú presvedčení?
Niekoľko sekúnd pred zlúčením LIGO vytiahli zaujímavú udalosť označenú ako E2 v troch vyššie uvedených grafoch. Po dôkladnej analýze, v ktorej korelovali to, čo vidia a aké náhodné výkyvy sa môžu prirodzene vyskytnúť, dospeli k záveru, že sa stalo niečo zaujímavé s pravdepodobnosťou 99,9%. Inými slovami, videli skutočný signál, nie náhodné kolísanie. Vo vesmíre existuje veľa objektov, ktoré vyžarujú gama a röntgenové lúče tvoriace pozadie. Môže však byť incident spojený s gravitačným zlúčením dvoch čiernych dier?
Počítačové simulácie dvoch splývajúcich čiernych dier s produkciou gravitačných vĺn. Otázkou je, či sprevádza tento signál nejaké elektromagnetické pole?
Ak je to tak, prečo to ostatné satelity nevideli? V tejto chvíli môžeme dospieť k záveru, že ak mali čierne diery elektromagnetickú časť:
- extrémne slabý
- sa rodí iba pri nízkych energiách
- nemá jasnú optickú, rádiovú alebo gama zložku
- nenastáva súčasne s uvoľňovaním gravitačných vĺn.
Binárne čierne diery 30 solárnych hmôt, ktoré prvýkrát zaznamenal LIGO, je ťažké vytvoriť bez priameho zrútenia. Teraz, keď už boli pozorované dvakrát, bolo zrejmé, že také páry čiernych dier sú úplne bežné. Majú elektromagnetické žiarenie?
Všetko, čo vidíme, navyše dokonale zapadá do skutočnosti, že splývajúce čierne diery nemajú elektromagnetickú časť. Môže to však byť tým, že nemáme dostatok údajov? Ak zostrojíme viac detektorov gravitačných vĺn, uvidíme viac fúzií čiernych dier s vysokou hmotnosťou, lepšie ich lokalizujeme, pozri si prechodnejšie udalosti - môžeme zistiť odpoveď na túto otázku. Ak budú misie a observatóriá, ktoré by mali zhromažďovať takéto údaje, postavené, uvedené do prevádzky a v prípade potreby umiestnené na obežnú dráhu, potom o 15 rokov dostaneme vedecké potvrdenie.
ILYA KHEL