Czarne dziury to dziwne obiekty. Nie powinny istnieć w ten sposób. Według naszych wyobrażeń jest to błędne podejście.
Przez dziesięć lat obserwatoria LIGO, Virgo i KAGRA rejestrowały zachodzące wydarzenia. Czarne dziury zderzały się ze sobą, obracały się… Nasze modele nie pokrywały się z rzeczywistością. Widzieliśmy ogromne czarne dziury, które wydawały się niemożliwe do istnienia, pary czarnych dziur, które nie powinny istnieć razem… To był chaos. Ale chaos nie jest jeszcze nauką. Nauka wymaga szczegółowej analizy.
Teraz czas na to. Pojawił się nowy zbiór danych: prawie 400 zapisów bieżących wydarzeń. To wystarczy, aby rozpocząć obliczanie liczby czarnych dziur. Obraz, jaki widzimy, nie jest taki prosty. Wydaje się, że wszechświat nie zwraca uwagi na nasze wzorce formowania się. Ona ich wszystkich używa.
„Niektóre czarne dziury powstają z jednej dużej struktury, która zapada się na dwie gwiazdy, a następnie dwie czarne dziury. Inne czarne dziury łączą się w gęste gromady gwiazd. A niektóre? Są to pozostałości po przeszłych zderzeniach” – mówi Sharan Banagiri, astrofizyk z Uniwersytetu Monashee w Australii. Pracuje w ARC Center of Excellence for Gravitation Wave Discovery, czyli OzGrav.
On ma rację. Dane potwierdzają złożoną rzeczywistość.
Ilość
Czarne dziury są trudne do wykrycia. Bardzo trudne.
Blokują światło. Światło jest główną soczewką Wszechświata. Bez tego czarne dziury pozostaną niewidoczne. Ale w 2015 roku wszystko się zmieniło. Pojawiły się fale grawitacyjne. Fale w czasoprzestrzeni… Pierwsze odkrycie zmieniło wszystko.
Od tego czasu liczba czarnych dziur wzrosła z jednej na sześć tygodni do czterech tygodniowo. To nie tylko wzrost, to eksplozja.
„Nie przyglądamy się tylko anomaliom” – mówi Eric Trane, także z Monashee i OzGrav. „To jest obraz świata. Większe masy, szybszy obrót… Tego nie mogliśmy sobie wyobrazić”.
Dlaczego to jest ważne
Ilość zmienia jakość.
Wcześniej para czarnych dziur o różnej masie była po prostu częścią jakiejś struktury. To są dane. Statystyka. Potrafimy odróżnić sygnał od szumu. Możemy ustalić, skąd pochodzą. Możemy ich nawet użyć do pomiaru ekspansji Wszechświata… Ale to kolejny problem dla kosmologii.
„Dzisiejsze wyniki są jak odnalezienie starożytnego skarbu. To odkrycie całego «zaginionego» wszechświata, a nie tylko poszczególnych obiektów” – mówi Daniel Williams z Uniwersytetu w Glasgow.
Ma na myśli archeologię, ale w kontekście grawitacji.
Dwie grupy, jedna tajemnica
Masy czarnych dziur nie są rozłożone równomiernie. Gromadzą się w określonych miejscach.
W danych widoczne są dwa główne szczyty: masa około 10 mas Słońca. I kolejne 35 mas Słońca.
Małe czarne dziury to zwykłe gwiazdy, które razem narodziły się i razem umarły. Duże czarne dziury stanowią problem. Standardowa teoria gwiazd nie jest w stanie wyjaśnić istnienia takich czarnych dziur. Gwiazdy nie powinny pozostawiać tak dużej ilości śladów.
Duże czarne dziury są prawdopodobnie wynikiem recyklingu.
„Starcia hierarchiczne”. To trudne określenie. Małe czarne dziury łączą się w jedną dużą. Nowa czarna dziura znajduje kolejnego partnera. Zderzenie następuje ponownie. Robi się większy i kręci się szybciej.
Obrót – fałsz (lub prawda)
Obserwuj rotację.
Cechą charakterystyczną czarnej dziury jest szybka rotacja.
Jeśli czarna dziura wiruje szybciej, niż sugeruje fizyka, oznacza to, że ma historię. Powstał w wyniku zderzeń. Słońce obraca się w ciągu 25 dni. Wyobraź sobie czarną dziurę o tej samej prędkości obrotowej. Będzie się obracać tysiące razy na sekundę.
„Interesującą rzeczą” – mówi Banagiri – „jest to, jak szybko się obracają”.
Szybka rotacja. Nieodpowiednie masy. Wszystko to wskazuje na to samo. Wiele z tych czarnych dziur nie jest pierwotnych. To pozostałości po starszych starciach.
Szczegóły
Niektóre z 390 odkrytych czarnych dziur wyróżniają się na tle pozostałych.
Najczystszy sygnał to GW 2501114. Wystarczająco jasne, aby testować teorie fizyczne.
GW 24060dg pozwoliła nam lepiej określić położenie czarnej dziury.
Ale nie dajcie się rozpraszać wyjątkom.
Liczy się to, co widzimy jako całość. Obserwujemy ewolucję czarnych dziur. Widzimy, jak się rodzą, łączą i odradzają w gęstych gromadach gwiazd w całym Wszechświecie.
Co dalej?
Detektory są coraz lepsze. Liczba czarnych dziur rośnie. Obraz się zmienia. Czy możemy dowiedzieć się, że wirują jeszcze szybciej? Czy potrafimy znaleźć czarne dziury, których masa przekracza wszelkie oczekiwania? Albo możemy znaleźć coś, co całkowicie łamie zasady powstawania gromad gwiazd.
Nikt jeszcze nie wie.
O to właśnie chodzi. Drzwi są otwarte. A za nią?
