Naukowcy uchwycili zderzenie trzech czarnych dziur

Dzięki przypadkowej obecności trzeciej, olbrzymiej czarnej dziury, a dokładnie ”podpaleniu” otaczającego ją dysku pyłu i gazu (dysk akrecyjnego), możliwe było nie tylko wykrycie towarzyszących takim wydarzeniom fal grawitacyjnych (wykrytych w 2019 roku przez detektory amerykańskiego obserwatorium LIGO, The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), ale i zobaczenie (po raz pierwszy) samego kataklizmu z pomocą teleskopów optycznych.

- Ta supermasywna czarna dziura szumiała sobie od lat nim doszło do tego gwałtownego zapłonu. Naszą konkluzją było, że to konsekwencja połączenia dwóch innych czarnych dziur – stwierdził prof. Matthew Graham z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) i główny autor badania połączenia dziur przedstawionego w ”Physical Review Letters”.

Druga analiza

Według współautorki analizy, Saavik Ford z nowojorskiej uczelni City University, pewność naukowców co do takiego a nie innego źródła sygnałów wyłapanych najpierw przez instrumenty obserwatorium LIGO wynosi 99,9 proc. To nie koniec obserwacji i badań S190521g, jak nazwano połączenie czarnych dziur. Swoją ”wersję” przedstawić mają w nadchodzących miesiącach eksperci pracujący we wspomnianym obserwatorium.

- Jeżeli dwa niezależne zespoły naukowców dojdą do takich samych wniosków na temat S190521g, to będziemy mogli określić to zjawisko jako iście spektaklularne – skomentował w dzienniku ”Guardian” prof. Alberto Vecchio, dyrektor ośrodka badań fal grawitacyjnych (GWA) na uniwersytecie w Birmingham.

Na pomysł, że taką kosmiczną kolizję da się zobaczyć, przynajmniej w teorii, wpadła Saavik Ford z kolegą, Barrym McKernanem. Naukowcy wbrew powszechnej opinii założyli, że będzie to możliwe tylko gdy połączenie czarnych dziur nastąpi w zasięgu dysku akrecyjnego trzeciej, supermasywnej dziury.

Odkrycie w archiwum

Dwójka połączyła siły z Matthew Grahamem, naukowcem pracującym w Caltech w ośrodku badań Zwicky Transient Facility (ZTF), obserwatorium służącym właśnie do śledzenia wszystkich bardzo jasnych wydarzeń na naszym niebie.

Sięgnęli do bazy archiwalnych danych ZTF w poszukiwaniu rozbłysków zbiegających się w czasie i miejscu ze znanymi kolizjami, jak te wyłapane przez LIGO. Wyłapany w maju 2019 roku S190521g idealnie spełniał ich teoretyczne założenia, czytamy w informacji prasowej.

W pobliżu znalazła się i supermasywna czarna dziura. J1249+3449 ma średnicę tak dużą, jak orbita Ziemi wokół Słońca. Na skraju dysku akrecyjnego olbrzyma znalazły się dwie małe czarne dziury (o średnicy może 40 km i masie 150 Słońc) oraz garść gwiazd. Wokół nich tańczyło i kręciło się bardzo dużo obłoków pyłu i gazu. – Te obiekty wyglądają jak rój wkurzonych pszczół wokół olbrzymiej królowej ula w samym centrum – stwierdziła Ford.

W momencie, gdy ścieżki tych dwóch czarnych dziur połączyły się wytworzyły się silne fale grawitacyjne a nowopowstały twór został dosłownie wyrzucony w przeciwnym kierunku, wprost przez gaz i pył dysku akrecyjnego. Całość rozjarzyła się mocno a elementy tego kataklizmu zarejestrowały niezależnie instrumenty obserwatorium LIGO i teleskopy ZTF. – To reakcja gazu na ten wystrzelony pocisk wywołuje rozbłysk dobrze widoczny z pomocą teleskopu optycznego – wyjaśnia McKernan.

Wyjaśnienie zagadki

Naukowcom niezłą frajdę sprawiło nie tylko bardzo prawdopodobne potwierdzenie ich teorii, ale i fakt, że udało się im rzucić nieco światła na jedną z zagadek dotyczących istnienia czarnych dziur. A dokładnie zbyt istnienia zbyt wielu tak supermasywnych czarnych dziur jak J1249+3449.

Jeżeli ich istnienie tłumaczyć jedynie teorią kuli śniegowej, gdzie czarna dziura z czasem obrasta w masę, to dla wielu znanych obiektów tej skali brakuje wyjaśnienia. Żeby mogły powstać takim sposobem, musiałby istnieć dłużej niż znany Wszechświat. I tu wchodzi wyjaśnienie podpierające się obecnością dysku akrecyjnego.

Potencjalnie, jeżeli czarne dziury grupują się w taki sposób jak S190521g w zasięgu owych dysków, to możliwe jest zajście nawet serii szybkich połączeń. – Jeżeli jest jakieś miejsce, w którym można zgromadzić kilka czarnych dziur blisko siebie, to można łatwo zacząć łączyć je w pary. Obłoki gazu są klejem trzymającym je razem – powiedział ”Guardianowi” prof. Vecchio.