Odkrycie dzieki falom grawitacyjnym

Międzynarodowa grupa badaczy wykryła fale grawitacyjne z układu dwóch czarnych dziur, które połączyły się, tworząc czarną dziurę 142 razy masywniejszą niż Słońce. Utworzony obiekt to najbardziej masywna czarna dziura, jaką wykryto za pomocą fal grawitacyjnych. W pracach uczestniczyli naukowcy z Polski.O odkryciu poinformowały m.in. międzynarodowe konsorcja Virgo i LIGO, a także Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, a także liczne instytuty zagraniczne.

Fale grawitacyjne to jeden z efektów przewidywanych przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina. Są to rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego. Ich źródłem są obiekty poruszające się z przyspieszeniem. Aby fale grawitacyjne dało się wykryć, masy i przyspieszenia muszą być bardzo duże. Po raz pierwszy obserwacyjne fale grawitacyjne udało się wykryć w 2015 roku.

Od tamtej pory wykryto więcej takich zdarzeń, głównie od zderzeń czarnych dziur. Najnowsza detekcja została ogłoszona w tym tygodniu przez konsorcjum LIGO i Virgo. Dotyczy sygnału fali grawitacyjnej zarejestrowanego 21 maja 2019 r. przez trzy detektory interferometryczne, jeden Virgo i dwa LIGO. Detekcja została oznaczona jako GW190521.

Detekcja jest niezwykła, bowiem pochodzi ze zdarzenia, w wyniku którego utworzyła się najbardziej masywna czarna dziura, jaką kiedykolwiek wykryto za pomocą fal grawitacyjnych. Znajduje się ona w zakresie mas, w którym nigdy wcześniej nie obserwowano czarnych dziur: ani za pomocą fal grawitacyjnych, ani obserwacji elektromagnetycznych. W zdarzeniu GW190521 połączyły się ze sobą czarne dziury o masach 66 i 85 mas Słońca, tworząc nową o masie około 142 mas Słońca. Przypadki czarnych dziur o wszystkich tych trzech masach nie były do tej pory obserwowane przez naukowców.

"Odkrycie GW190521 jest bez wątpienia dużym wyzwaniem dla współczesnej astrofizyki, kosmologii i fizyki fundamentalnej. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy koalescencje dwóch czarnych dziur o tak nietypowych masach i powstanie średnio-masywnej czarnej dziury. Było to najbardziej energetyczne i najbardziej odległe od Ziemi zdarzenie, jakie udało się zarejestrować w falach grawitacyjnych. Wraz ze wzrostem czułości detektorów będziemy obserwować coraz więcej zjawisk z wczesnego Wszechświata" - mówi prof. Dorota Rosińska, członkini polskiego zespołu Virgo-Polgraw, cytowana w komunikacie prasowym Uniwersytetu Warszawskiego.

Być może odkrycie będzie krokiem w wyjaśnieniu powstawania czarnych dziur o masie pośredniej. Czarne dziury generalnie dzielą się na te o masie gwiazdowej (np. kilka, kilkanaście mas Słońca) oraz tzw. supermasywne czarne dziury o masach setek tysięcy, milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Te drugie rezydują w centrach galaktyk, np. taki obiekt w centrum Drogi Mlecznej ma około 4 milionów mas Słońca. Istnieje też grupa obiektów o masie pośredniej pomiędzy gwiazdowymi, a supermasywnymi czarnymi dziurami. Granice są tutaj płynne, ale można przyjąć, że czarne dziury o masie pośredniej mają od 100 mas Słońca do stu tysięcy mas Słońca.

Być może supermasywne czarne dziury powstają z łączenia się tych o masie pośredniej. Taka hipoteza jest obecnie przedmiotem dociekań naukowców. Trudno jest na razie uzyskać dowody, gdyż kandydatek na czarne dziury o masie pośredniej jest znanych niewiele, a GW190521 jest pierwszą tego typu kandydatką zaobserwowaną na falach grawitacyjnych.

Artykuły naukowe informujące o odkryciu opublikowano w "Physical Review Letters" oraz "Astrophysical Journal Letters". Praca opisująca GW190521 jest wynikiem współpracy ponad tysiąca naukowców z całego świata zrzeszonych w konsorcjum LIGO-Virgo, w tym szesnastu z Polski.

Projekt Virgo obejmuje około 580 naukowców, inżynierów i techników ze 109 instytutów z 13 krajów, głównie europejskich: Belgii, Francji, Grecji, Hiszpanii, Holandii, Irlandii, Japonii, Monako, Niemiec, Portugalii, Węgier, Włoch oraz Polski. Amerykańskim odpowiednikiem jest projekt LIGO, który posiada dwa detektory w USA. W projekcie mają udział też instytuty spoza Stanów Zjednoczonych. Łącznie w ramach konsorcjum LIGO pracuje około 1300 naukowców z całego świata. LIGO i Virgo ściśle ze sobą współpracują. (PAP)

cza/ ekr/