Splynutia čiernych dier

Dve čierne diery pred splynutím na umeleckej ilustrácii, zdroj LIGO/Caltech/MIT

Nová analýza dát z laserových interferometrov LIGO a Virgo, observatórií na registráciu gravitačných vĺn v USA a Taliansku, zvýšila počet registrovaných prípadov detekcie gravitačných vĺn na jedenásť.

Pred asi piatimi miliardami rokov vo veľmi vzdialenej galaxii splynuli dve mohutné čierne diery s hmotnosťami 34 a 51 hmotností Slnka a vytvorili monštrum s hmotnosťou 80 hmotností Slnka. Táto dramatická udalosť uvoľnila energiu ekvivalentnú piatim hmotnostiam nášho Slnka a tá sa vo forme silných gravitačných vĺn šírila vesmírom rýchlosťou svetla.

Najvzdialenejší a najsilnejší

Koncom júla 2017 tieto malé sčerenia časopriestoru, predpovedané pred viac než storočím Albertom Einsteinom, zasiahli našu Zem. Zaznamenali ich doteraz najpresnejšie meracie prístroje navrhnuté a vyrobené ľuďmi. GW170729, ako sa tento signál gravitačných vĺn nazýva, je najvzdialenejší a najsilnejší zo štyroch nových úkazov zaregistrovaných pri pozorovaniach dvoma americkými detektormi systému LIGO (Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory) a detektorom Virgo v Taliansku. Počas svojich prvých dvoch pozorovacích sezón v rokoch 2015 až 2017 LIGO zaregistroval sedem ďalších úkazov. Dva z nich zachytil aj prístroj Virgo v auguste 2017, keď tento európsky detektor pracoval súčasne s americkým LIGO. Podrobná analýza všetkých dostupných dát, prezentovaná v novembri 2017, umožnila teraz objaviť ďalšie štyri úkazy, takže spolu ich máme zaregistrovaných už 11. Podľa Patricie Schmidtovej (Radboud University, Holandsko), členky tímu, ktorý prezentoval výsledky meraní, nový objav pomôže charakterizovať vlastnosti populácie binárnych čiernych dier a frekvenciu ich kolízií a splývania.

Frekvencia splývania

Graf ukazuje hmotnosti všetkých desiatich prípadov splynutia binárnych čiernych dier pozorovaných detektorom LIGO (modrá farba). Taktiež sú tu zobrazené neutrónové hviezdy so známou hmotnosťou (žltá) a hmotnosti zložiek dvojice neutrónových hviezd, ktoré splynuli pri úkaze GW170817 (oranžová). Hmotnosti čiernych dier známych z prác o röntgenovom žiarení sú zobrazené fialovou farbou, zdroj LIGO/Virgo/ Northwestern University.

Astronómovia sú predovšetkým zvedaví, ako je to s rozdelením hmotností stelárnych čiernych dier – pozostatkov po výbuchoch supernov. Napríklad úkaz označený GW170729 priniesol teoretikom problémy, keďže existujúce modely vývoja hviezd nepočítajú so vznikom čiernych dier ťažších než 50 hmotností Slnka. Ani so spomínanými novými objavmi nemusí byť ešte žatva úvodných pozorovacích sezón kompletná, hovorí fyzik Jo van den Brand (Dutch National Institute for Subatomic Physics, Amsterdam, Holandsko). Nehľadiac na štyri nové štatisticky významné objavy bol v spolupráci LIGO/Virgo publikovaný zoznam 14 okrajových kandidátov a vo februári 2019 by mali byť všetky dáta verejne dostupné. Externé skupiny môžu tiež nájsť v týchto dátach niečo zaujímavé, konštatuje van den Brand. V sprievodnom článku tím použil existujúce pozorovania na to, aby ukázal, že frekvencia splývania binárnych čiernych dier leží medzi 10 až 100 prípadov na kubický gigaparsek (čo je 3,5 · 1028 kubických svetlených rokov – teda v kocke s hranou 3,26 miliardy svetelných rokov) za jeden rok. Tento počet sa zväčšuje so vzrastajúcim červeným posuvom (teda so vzdialenosťou) presne podľa očakávaní, pretože to potvrdzuje informáciu, že frekvencia vzniku hviezd bola v minulosti oveľa vyššia než v súčasnosti.

Nádejné očakávania

Všetky tri detektory gravitačných vĺn (z toho dva v systéme LIGO) sa pripravujú a vylepšujú na nasledujúcu spoločnú pozorovaciu sezónu. Keď LIGO a Virgo začnú znova svoje pozorovania (koncom marca 2019), budeme určite detegovať oveľa viac splynutí binárnych čiernych dier, hovorí výkonný riaditeľ LIGO David Reitze (Caltech, USA). Keď sa totiž zvýši citlivosť aparatúr, vedci očakávajú, že nájdu v priemere aspoň jeden úkaz každý týždeň.

RNDr. Zdeněk Komárek

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 03/2019.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre