Sciencemag.cz
Doporučujeme
Mezinárodní spolupráce LIGO-Virgo-KAGRA detekovala dvě gravitační vlny s neobvyklými rotačními pohyby černých děr.
Námi detekované gravitační vlny jsou „chvění“ v časoprostoru, která vznikají v důsledku katastrofických událostí v hlubokém vesmíru; nejsilnější vlny jsou vytvářeny srážkami černých děr. Pomocí sofistikovaných algoritmických technik a matematických modelů jsou vědci schopni z analýzy gravitačních signálů rekonstruovat mnoho fyzikálních vlastností detekovaných černých děr, jako je jejich hmotnost, vzdálenost události od Země i rychlost a směr jejich rotace černých děr kolem své osy.
První analyzovaná fúze, zaznamená 11. října 2024 (GW241011) se odehrála přibližně 700 milionů světelných let daleko a bylo výsledkem srážky dvou černých děr o hmotnosti přibližně 17 a 7 Sluncí. Větší z těchto dvou černých děr v GW241011 byla podle měření jednou z vůbec nejrychleji rotujících dosud pozorovaných černých děr.
Téměř o měsíc později, 10. listopadu 2024, byla zaznamenána srážka GW241110 pocházející ze vzdálenosti přibližně 2,4 miliardy světelných let; zahrnovala sloučení černých děr o hmotnosti přibližně 16 a 8 Sluncí. Zatímco většina pozorovaných černých děr rotuje ve stejném směru jako jejich oběžná dráha, zde bylo zjištěno, že černá díra GW241110 rotuje ve vztahu ke své oběžné dráze opačně – což je první případ svého druhu. Podobné dvojhvězdy byly předpovězeny na základě dřívějších pozorování, ale toto je první přímý důkaz jejich existence.
„Obě události zahrnují jednu černou díru, která je výrazně hmotnější než druhá a rychle se otáčí, což poskytuje argument, že tyto černé díry vznikly sloučením předchozích černých děr,“ uvádí Stephen Fairhurst z Cardiffské univerzitě a mluvčí LIGO Scientific Collaboration.
Vědci poukazují na určité stopy, včetně rozdílu ve velikosti černých děr v obou fúzích (větší byla téměř dvojnásobná oproti menší) a orientace rotace větší černé díry v každé události. Nabízejícím se vysvětlením těchto zvláštností je, že černé díry jsou výsledkem dřívějších sloučení. Tento proces („hierarchická fúze“) naznačuje, že tyto systémy vznikly v hustém prostředí, v oblastech jako hvězdokupy, kde je větší pravděpodobnost, že se černé díry srazí a znovu a znovu se sloučí.
Rychle rotující černé díry, jako jsou ty pozorované v rámci studie, mají ještě jedno další využití – v částicové fyzice. Vědci je mohou použít k testování, zda existují určité hypotetické lehké elementární částice a jakou mají hmotnost.
Některé teorie přesahující rámec Standardního modelu částicové fyziky předpovídají jako další částice, tzv. ultralehké bosony. Pokud ultralehké bosony existují, mohou z černých děr získávat rotační energii. Kolik energie je extrahováno a jak moc se rotace černých děr v průběhu času zpomaluje, závisí na hmotnosti těchto částic, která je stále neznámá (poznámka PH: nepřekvapivě, vzhledem k tomu, že jde o hypotetické částice…). Pozorování/zjištění, že masivní černá díra v binárním systému, která je spojena s událostí GW241011, pokračuje v rychlé rotaci i miliony nebo miliardy let po svém vzniku, vylučuje širokou škálu hmotností ultralehkých bosonů.
GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-Spin Black Hole Coalescences, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae0d54
Zdroj: European Gravitational Observatory / Phys.org, přeloženo / zkráceno
