Rubrika: Černé díry

Největší srážka černých děr v dějinách gravitačních vln

Dvě extrémně hmotné černé díry o hmotnostech zhruba 103 a 137 Sluncí se srazily někde ve vzdáleném vesmíru.
Výsledkem byla nová černá díra o hmotnosti přes 225 Sluncí a záblesk gravitačních vln, který detektory LIGO, Virgo a KAGRA zachytily jako událost GW231123.

Dvě černé díry v zakázaném hmotnostním pásmu

Analýzy ukazují, že původní černé díry měly asi 103 a 137 hmotností Slunce. To je důležité, protože
teoretické modely předpovídají takzvanou hmotnostní mezeru. V určitém rozsahu hmotností by černé díry měly být velmi vzácné
kvůli jevu zvanému pair instability supernova, při kterém se velmi hmotné hvězdy roztrhnou a nezanechají téměř žádný zbytek.

Objevení dvojice černých děr právě v této oblasti naznačuje, že minimálně některé z nich mohly vzniknout jinak než přímým kolapsem hvězd.
Jednou z možností je takzvaný hierarchický scénář, kdy se černá díra vytvoří srážkou menších černých děr a pak se účastní dalších
spojení. Vzniká tak kosmický rodokmen složený z řetězce dávných srážek.

GW231123: nejhmotnější srážka v katalogu

Gravitační vlna z této události byla zaznamenána 23. listopadu 2023 během čtvrtého pozorovacího běhu spolupráce
LIGO Virgo KAGRA. Na Zemi trval signál jen přibližně desetinu sekundy, ale obsahoval informaci o nejhmotnější binární
černé díře, jakou zatím gravitační astronomie zachytila.

Po sloučení vznikl objekt o hmotnosti více než 225 Sluncí. Část hmotnosti se přeměnila na energii gravitační vlny.
V jediném okamžiku vyzářil systém výkon, který krátce překonal celkový svit všech hvězd v pozorovatelném vesmíru dohromady.

I když detekce proběhla na Zemi v roce 2023, samotná srážka se odehrála před několika miliardami let.
Gravitace se šíří rychlostí světla, takže signál k nám putoval kosmickým prostorem po většinu historie Galaxie.

Jak detektory poslouchají otřesy časoprostoru

Observatoře LIGO v USA a Virgo v Itálii používají obří laserové interferometry.
Měří drobné změny vzdálenosti na úrovni zlomku velikosti atomu. Když gravitační vlna projde Zemí, prostor se nepatrně
roztahuje a stlačuje, a tento efekt se projeví jako slabý, ale měřitelný signál v laserových ramenech detektoru.

V případě události GW231123 byl signál velmi krátký a složitý, protože oba objekty byly rychle rotující černé díry.
Aby vědci z dat vytáhli hmotnosti, spiny a vzdálenost, museli použít pokročilé numerické modely obecné relativity.

Co nám tato srážka říká o vzniku černých děr

Nejhmotnější srážka černých děr v katalogu gravitačních vln je současně testem našich teorií o tom, jak se černé díry rodí.
Standardní scénář počítá s tím, že většina z nich vzniká kolapsem jednotlivých hvězd. Hmotnosti okolo stovky Sluncí ale naznačují,
že část populace mohla vzniknout v hustých hvězdokupách, kde se černé díry často setkávají a spojují.

Událost GW231123 tak podporuje myšlenku, že ve vesmíru existuje hierarchie splynutí a že některé černé díry mají za sebou dlouhou
historii předchozích srážek. Zároveň zpochybňuje naše dosavadní představy o hmotnostní mezeře a nutí fyziky upřesnit modely vývoje
velmi hmotných hvězd.

Video: vizualizace největší srážky černých děr

Oficiální zdroje a další čtení

Podrobnosti o události GW231123 a nejhmotnější binární černé díře najdete například zde:

• 
  LIGO Virgo KAGRA detect most massive black hole merger to date
  
• 
  GW231123 – The most massive black hole binary detected so far
  
• 
  Nature: Behind the most massive black hole merger ever detected