Tajemnica fal grawitacyjnych znów się pogłębia – naukowcy odkryli, że w zderzeniu dwóch czarnych dziur GW190814 mogła uczestniczyć ukryta w tle trzecia siła: supermasywna czarna dziura. To pierwsze dowody sugerujące, że podwójne czarne dziury mogą tworzyć się i łączyć nie w izolacji, lecz w otoczeniu jeszcze potężniejszych kosmicznych olbrzymów.
 |
| Wizja artystyczna połączenia podwójnej czarnej dziury w pobliżu supermasywnej czarnej dziury. Źródło: SHAO |
Już same czarne dziury w układzie podwójnym we Wszechświecie są zadziwiające, ale naukowcy z Szanghajskiego Obserwatorium Astronomicznego (SHAO) Chińskiej Akademii Nauk dokonali przełomowego odkrycia, które dowodzi, że te czarne dziury mogą wcale nie być samotnymi wędrowcami – za nimi może kryć się jeszcze tajemniczy olbrzym!
Niedawno zespół badawczy pod kierownictwem dr. HAN Wenbiao z SHAO odkrył przekonujące dowody na to, że niedawne połączenie się dwóch czarnych dziur, znane jako GW190814, najprawdopodobniej nastąpiło w polu grawitacyjnym trzeciego zwartego obiektu, być może supermasywnej czarnej dziury.
Odkrycie to, opublikowane 21 lipca 2025 roku w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, dostarcza nowych wskazówek, które mogą pomóc w rozwiązaniu zagadki powstawania czarnych dziur w układach podwójnych.
Od pierwszego wykrycia fal grawitacyjnych w 2015 roku, współpraca LIGO-Virgo-KAGRA zaobserwowała ponad 100 zdarzeń fal grawitacyjnych, z których większość pochodziła z łączących się czarnych dziur. Zdarzenia te dostarczyły kluczowych danych do zrozumienia fizyki łączenia się czarnych dziur, ale mechanizmy ich powstawania i ewolucji pozostają niejasne.
Zespół de. HANa zaproponował wcześniej model b-EMRI, w którym supermasywna czarna dziura przechwytuje podwójną czarną dziurę, tworząc hierarchiczny układ potrójny. Podwójne czarne dziury tańczą wokół supermasywnej czarnej dziury, emitując fale grawitacyjne w wielu pasmach częstotliwości. Układ ten został później uwzględniony w białej księdze LISA i wymieniony jako unikalne źródło chińskich projektów detekcji fal grawitacyjnych realizowanych w kosmosie. Od tego czasu zespół poszukuje dowodów na łączenie się podwójnych czarnych dziur w pobliżu supermasywnych czarnych dziur w danych LIGO-Virgo.
W swojej analizie zespół skupił się na zdarzeniu fal grawitacyjnych GW190814. Współautor, dr YANG Shucheng, wyjaśnił, że jego podwójne składniki wykazują nietypowy stosunek mas, wynoszący prawie 10:1. Tak ekstremalne połączenie sugeruje, że mogły one kiedyś stanowić część układu potrójnego z supermasywną czarną dziurą, stopniowo zbliżając się do siebie pod wpływem oddziaływań grawitacyjnych. Alternatywnie, mogły powstać w dysku akrecyjnym aktywnego jądra galaktyki, zepchnięte razem przez wpływ grawitacyjny otaczających je zwartych obiektów, zanim się połączyły.
Naukowcy zaobserwowali, że jeśli układ podwójny czarnych dziur połączy się w pobliżu trzeciego, zwartego obiektu, ruch orbitalny wokół tego trzeciego obiektu spowoduje przyspieszenie w linii widzenia – przyspieszenie wzdłuż linii wzroku obserwatora. To przyspieszenie zmieni częstotliwość fal grawitacyjnych poprzez efekt Dopplera, pozostawiając wyraźny odcisk palca w sygnale.
Aby wykryć tę sygnaturę, opracowali szablon przebiegu fali grawitacyjnej uwzględniający przyspieszenie w linii widzenia i zastosowali wnioskowanie bayesowskie do analizy kilku zdarzeń o wysokim stosunku sygnału do szumu w układach podwójnych czarnych dziur. Wyniki pokazały, że dla GW190814 model z przyspieszeniem w linii widzenia znacząco przewyższył tradycyjny model izolowanej podwójnej czarnej dziury. Przyspieszenie w linii widzenia oszacowano na około 0,002 c s-1 (90% poziomu zaufania, gdzie c to prędkość światła), przy współczynniku bayesowskim (miara wiarygodności modelu) wynoszącym 58:1, co silnie potwierdza wniosek o obecności przyspieszenia w linii widzenia.
To pierwsze międzynarodowe odkrycie jednoznacznie wskazujące na istnienie trzeciego, zawartego obiektu w zderzeniu dwóch czarnych dziur – powiedział dr HAN. Pokazuje ono, że podwójna czarna dziura w GW190814 mogła nie powstać w izolacji, lecz była częścią bardziej złożonego układu grawitacyjnego, co daje istotne informacje na temat ścieżek powstawania podwójnych czarnych dziur.
Dzięki uruchomieniu kolejnej generacji naziemnych detektorów fal grawitacyjnych (np. Teleskopu Einsteina, Cosmic Esplorera) i detektorów kosmicznych (np. LISA, Taiji, TianQin), naukowcy będą mogli rejestrować subtelne zmiany w sygnałach fal grawitacyjnych z jeszcze większą precyzją. Przyszłe obserwacje mogą ujawnić więcej zdarzeń, takich jak GW190814, pomagając ludzkości lepiej zrozumieć powstawanie i ewolucję podwójnych czarnych dziur.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
