Ο αντίκτυπος από τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών μετρήθηκε για πρώτη φορά μέσω βαρυτικών κυμάτων, αποκαλύπτοντας όχι μόνο την ταχύτητα, αλλά και την κατεύθυνση της «κλοτσιάς» που δέχθηκε η νέα μαύρη τρύπα καθώς εκτοξεύθηκε στο διάστημα.
Πρόκειται για την πρώτη φορά που επιτυγχάνεται τέτοια μέτρηση, ανοίγοντας νέους δρόμους στην κατανόηση των συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών.
Η σύγκρουση GW190412 αποκάλυψε ασύμμετρη συγχώνευση
Από το γεγονός βαρυτικών κυμάτων του 2019, γνωστό ως GW190412, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι η ασυμμετρία στη σύγκρουση έδωσε στη νέα μαύρη τρύπα μια «κλοτσιά» με ταχύτητα που ξεπέρασε τα 50 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (ή 31 μίλια/δευτ.).
«Αυτό είναι ένα από τα λίγα φαινόμενα στην αστροφυσική όπου δεν ανιχνεύουμε απλώς κάτι – ανακατασκευάζουμε την πλήρη τρισδιάστατη κίνηση ενός αντικειμένου που βρίσκεται δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, χρησιμοποιώντας μόνο ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο», δηλώνει ο αστροφυσικός Koustav Chandra από το Πανεπιστήμιο Penn State.
«Είναι μια εντυπωσιακή επίδειξη των δυνατοτήτων των βαρυτικών κυμάτων.»
Δέκα χρόνια από την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων
Από το 2015, όταν εντοπίστηκαν για πρώτη φορά, τα παρατηρητήρια LIGO, Virgo και KAGRA έχουν καταγράψει εκατοντάδες συγκρούσεις μαύρων τρυπών.
Τα βαρυτικά κύματα είναι σαν ρυτιδώσεις σε μια λίμνη – αν η λίμνη ήταν ο ίδιος ο χωροχρόνος. Καθώς δύο μαύρες τρύπες πλησιάζουν μεταξύ τους, οι βαρυτικές τους αλληλεπιδράσεις ταράζουν τον χωροχρόνο και στέλνουν κύματα με την ταχύτητα του φωτός.
Η «ορχήστρα» των βαρυτικών κυμάτων
«Οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών μπορούν να κατανοηθούν ως υπέρθεση διαφορετικών σημάτων, όπως η μουσική μιας ορχήστρας που αποτελείται από πολλά όργανα», εξηγεί ο αστροφυσικός Juan Calderon-Bustillo από το Πανεπιστήμιο του Σαντιάγο ντε Κομποστέλα στην Ισπανία.
«Αλλά αυτή η ορχήστρα είναι ιδιαίτερη: ακροατές σε διαφορετικές θέσεις γύρω της θα καταγράψουν διαφορετικούς συνδυασμούς “οργάνων”, κάτι που τους επιτρέπει να καταλάβουν πού ακριβώς βρίσκονται γύρω της.»
Το φαινόμενο της «γενετικής κλοτσιάς»
Ένα από τα πιο θεαματικά αποτελέσματα τέτοιων κοσμικών συγκρούσεων είναι η λεγόμενη «γενετική κλοτσιά» (natal kick). Αν το γεγονός είναι ασύμμετρο – για παράδειγμα, οι μαύρες τρύπες έχουν πολύ διαφορετικές μάζες ή περιστρέφονται ανομοιόμορφα – τότε η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι ανισομερής, και η νέα μαύρη τρύπα εκτοξεύεται προς μια κατεύθυνση.
Ο Calderon-Bustillo και η ομάδα του είχαν ήδη το 2018 αναπτύξει μια μέθοδο μέτρησης αυτής της «κλοτσιάς» με βάση τις μάζες και τις στροφές των δύο μαύρων τρυπών, όμως απαιτούνταν μια συγκεκριμένη μορφή σύγκρουσης – κάτι που τελικά καταγράφηκε το 2019.
Η σύγκρουση του 2019: Μαύρες τρύπες με τεράστια διαφορά μάζας
Τον Απρίλιο του 2019, καταγράφηκε από τη συνεργασία LIGO-Virgo η σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών με τεράστια ανισορροπία στις μάζες: η μία είχε μάζα 29,7 φορές του Ήλιου, ενώ η άλλη μόλις 8,4 ηλιακές μάζες. Η μικρότερη συνολική μάζα σήμαινε και μακρύτερο σήμα, που παρείχε πλούσια δεδομένα.
Με βάση την ανάλυση της ομάδας, προσδιορίστηκε η γωνία και η ταχύτητα με την οποία η νέα μαύρη τρύπα εκτοξεύθηκε – αρκετή για να διαφύγει από ένα σφαιρωτό σμήνος αστέρων.
Δεν γνωρίζουμε με βεβαιότητα αν η σύγκρουση έγινε πράγματι μέσα σε τέτοιο σμήνος – η απόσταση των 2,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός είναι απαγορευτική για τέτοια λεπτομέρεια. Αλλά αν συνέβη εκεί, η μαύρη τρύπα μάλλον το έχει ήδη εγκαταλείψει.
Νέο εργαλείο για μελλοντικές παρατηρήσεις
Η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να αποτελέσει ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών στο μέλλον.
«Οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών σε πυκνά περιβάλλοντα μπορούν να προκαλέσουν ηλεκτρομαγνητικά σήματα – γνωστά και ως flares – καθώς το απομεινάρι της μαύρης τρύπας περνά μέσα από ένα περιβάλλον όπως αυτό ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα», εξηγεί ο αστροφυσικός Samson Leong από το Κινεζικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ.
«Επειδή η ορατότητα ενός τέτοιου flare εξαρτάται από τον προσανατολισμό της κλοτσιάς σε σχέση με τη Γη, η μέτρηση της κλοτσιάς μάς επιτρέπει να ξεχωρίσουμε αν ένα τέτοιο σήμα είναι πραγματικά συνδεδεμένο με βαρυτικά κύματα ή αν είναι απλή σύμπτωση.»
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy.
