Τα βαρυτικά κύματα αποκάλυψαν την πιο μαζική συγχώνευση μαύρων τρυπών που έχει ανιχνευθεί ποτέ – μια συγχώνευση «απαγορευμένη» από τα σημερινά μοντέλα
Επιστήμονες ανίχνευσαν τη μαζικότερη συγχώνευση μαύρων τρυπών που έχει καταγραφεί έως τώρα. Αυτή η τιτάνια σύγκρουση, η οποία «ακούστηκε» μέσα από ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο γνωστές ως βαρυτικά κύματα, περιλαμβάνει μαύρες τρύπες τόσο μεγάλες ώστε να αμφισβητούν τα υπάρχοντα κοσμολογικά μοντέλα, όπως αναλύει χαρακτηριστικά ο Robert Lea.
Η συγχώνευση ανιχνεύθηκε από το παγκόσμιο δίκτυο βαρυτικών κυμάτων LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) στις 23 Νοεμβρίου 2023, κατά την τέταρτη περίοδο παρατήρησης των εξαιρετικά ευαίσθητων ανιχνευτών λέιζερ στις ΗΠΑ, την Ιταλία και την Ιαπωνία.
Το σήμα βαρυτικών κυμάτων που καταγράφηκε, με την ονομασία GW231123, προήλθε από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών με μάζες 100 και 140 φορές μεγαλύτερες από αυτήν του Ήλιου. Όταν αυτές συγκρούστηκαν, σχηματίστηκε μία νέα «θυγατρική» μαύρη τρύπα με μάζα 225 ηλιακών μαζών, με τη διαφορά στη μάζα να μετατρέπεται σε ενέργεια και να διαδίδεται ως βαρυτικά κύματα από το βίαιο φαινόμενο.
Βαρυτικά κύματα, συγχώνευση μαύρων τρυπών και…«Απαγορευμένα» μεγέθη από την αστρική εξέλιξη
Μέχρι σήμερα, η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που είχε ανιχνευθεί μέσω βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευση ήταν 140 ηλιακές μάζες, στο συμβάν GW190521 το 2021. Η νέα αυτή ανίχνευση ανεβάζει σημαντικά τον πήχη και προκαλεί αμφισβήτηση στα καθιερωμένα μοντέλα αστρικής εξέλιξης.
«Αυτή είναι η πιο μαζική δυάδα μαύρων τρυπών που έχουμε παρατηρήσει μέσω βαρυτικών κυμάτων και αποτελεί πραγματική πρόκληση για την κατανόηση του πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες», δήλωσε ο ερευνητής του LVK και του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ, Mark Hannam. «Τέτοιες μαζικές μαύρες τρύπες είναι “απαγορευμένες” σύμφωνα με τα τυπικά μοντέλα αστρικής εξέλιξης».
Μία πιθανή εξήγηση είναι ότι οι δύο αυτές μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν μέσω προηγούμενων συγχωνεύσεων μικρότερων μαύρων τρυπών, κάτι που δείχνει πως ίσως υπάρχουν «γενεαλογικά δέντρα» συγχωνεύσεων στα κέντρα σφαιρωτών σμηνών ή πυκνών περιοχών του διαστήματος.
Ακραία περιστροφή κοντά στα όρια της σχετικότητας
Το σήμα GW231123 δεν ήταν εντυπωσιακό μόνο λόγω της μάζας. Σύμφωνα με την ανάλυση, τουλάχιστον μία από τις δύο αρχικές μαύρες τρύπες περιστρεφόταν εξαιρετικά γρήγορα – πιθανώς όσο επιτρέπει η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
«Οι μαύρες τρύπες φαίνεται να περιστρέφονται πολύ κοντά στο θεωρητικό όριο που επιτρέπει η φυσική», δήλωσε ο Charlie Hoy, μέλος του LVK και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ. «Αυτό καθιστά το σήμα δύσκολο στην ανάλυση και ερμηνεία. Είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα που μας βοηθά να προωθήσουμε τα θεωρητικά μας εργαλεία.»
Ένα ακόμη ρεκόρ για το LIGO και τους συνεργάτες του
Το LIGO δεν είναι ξένο με τις ανακαλύψεις που αλλάζουν την ιστορία. Το 2015, οι δύο ανιχνευτές του, σε Λουιζιάνα και Ουάσινγκτον, πραγματοποίησαν την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων στην ιστορία – ακριβώς έναν αιώνα αφότου ο Αϊνστάιν τα είχε προβλέψει στη θεωρία της γενικής σχετικότητας.
Το πρώτο σήμα, γνωστό ως GW150914, προήλθε από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών που δημιούργησαν μία νέα με μάζα περίπου 62 φορές την ηλιακή.
Από τότε, το LIGO ενώθηκε με τους ευρωπαϊκούς ανιχνευτές Virgo και KAGRA, σχηματίζοντας το δίκτυο LVK, το οποίο μέχρι σήμερα έχει ανιχνεύσει πάνω από 300 συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών – πάνω από 200 μόνο κατά την τέταρτη περίοδο λειτουργίας τους.
Το GW231123 πιέζει τα όρια τόσο του εξοπλισμού όσο και των μοντέλων μας. «Αυτό το γεγονός δοκιμάζει τα όρια των δυνατοτήτων μας σε ό,τι αφορά την ανίχνευση και την ανάλυση δεδομένων», δήλωσε η ερευνήτρια του LVK και του Caltech, Sophie Bini.
«Είναι ένα ισχυρό παράδειγμα του πόσα μπορούμε να μάθουμε από την αστρονομία βαρυτικών κυμάτων – και πόσα περισσότερα μας απομένουν να ανακαλύψουμε».
Σύνθετα σενάρια και υπομονή στην ανάλυση
Το GW231123 παρουσιάστηκε στις 14 Ιουλίου στο 24ο Διεθνές Συνέδριο Γενικής Σχετικότητας και Βαρύτητας (GR24) και στο 16ο Συνέδριο Edoardo Amaldi για τα Βαρυτικά Κύματα, στη Γλασκώβη της Σκωτίας. Οι επιστήμονες προειδοποιούν πως θα χρειαστούν χρόνια για να κατανοηθεί πλήρως το πολύπλοκο σήμα και οι πιθανές ερμηνείες του.
«Παρότι η επικρατέστερη εξήγηση είναι ότι πρόκειται για μία συγχώνευση μαύρων τρυπών, δεν αποκλείονται πιο σύνθετα σενάρια που θα μας βοηθήσουν να εξηγήσουμε τα αναπάντεχα χαρακτηριστικά του σήματος», δήλωσε ο Gregorio Carullo, μέλος του LVK και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ.
«Μπροστά μας έχουμε συναρπαστικές εξελίξεις!»
Το GW231123 παρουσιάστηκε στο 24ο Διεθνές Συνέδριο Γενικής Σχετικότητας και Βαρύτητας (GR24) και στο 16ο Συνέδριο Edoardo Amaldi για τα Βαρυτικά Κύματα στη Γλασκώβη της Σκωτίας, τη Δευτέρα (14 Ιουλίου).
