Najbardziej ekstremalne pozostałości gwiazd we wszechświecie ujawniają swoje sekrety dzięki detekcji fal grawitacyjnych, oferując niezrównany wgląd w kosmiczne „gwiezdne cmentarzysko”. Najnowsze dane, zebrane przez międzynarodową sieć detektorów, znacząco poszerzyły nasze rozumienie łączenia się czarnych dziur i gwiazd neutronowych, dostarczając kluczowych informacji na temat cyklu życia masywnych gwiazd i fundamentalnych sił kształtujących kosmos. Te zaawansowane obserwacje podkreślają nową erę w astrofizyce, gdzie subtelne zmarszczki czasoprzestrzeni, po raz pierwszy przewidziane przez Alberta Einsteina, rutynowo mapują teraz najbardziej gwałtowne wydarzenia we wszechświecie.
Najnowsze odkrycia i zdarzenia łączenia się
Najnowsze odkrycia, pochodzące z pierwszych dziewięciu miesięcy czwartej serii obserwacyjnej (O4) między majem 2023 a styczniem 2024 roku, przeprowadzonej przez Obserwatorium Fal Grawitacyjnych z Interferometrem Laserowym (LIGO), Virgo i Detektor Fal Grawitacyjnych Kamioka (KAGRA), stanowią znaczący krok naprzód. Sam ten okres przyniósł 128 nowych zdarzeń łączenia się różnego typu, w tym detekcję najbardziej masywnych podwójnych czarnych dziur zaobserwowanych do tej pory za pomocą fal grawitacyjnych. Co ważne, dane podwoiły liczbę potwierdzonych „mieszanych połączeń” – kolizji między czarną dziurą a gwiazdą neutronową – z jednego do dwóch, identyfikując konkretnie sygnały GW230529 i GW230518.
Wgląd w ewolucję gwiazd i kosmologię
Odkrycia te są kluczowe dla udoskonalenia naszego rozumienia ewolucji gwiazd. Badacze, tacy jak Daniel Williams z Instytutu Badań Grawitacyjnych (IGR) na Uniwersytecie w Glasgow, podkreślają, że obserwowane zjawiska poszerzają wgląd w „kosmiczne cmentarzysko”, w tym w najcięższe czarne dziury, jakie dotąd wykryto. Dane pomagają naukowcom wyjaśnić procesy, w których czarne dziury i gwiazdy neutronowe powstają z eksplozji masywnych gwiazd oraz jak następnie rosną poprzez kolejne połączenia. Jak wyjaśnia Christopher Berry, członek zespołu IGR, badanie tych pozostałości gwiazd jest podobne do pracy paleontologa badającego skamieniałe kości, aby dowiedzieć się o wymarłych dinozaurach, dostarczając unikalnych perspektyw na życie i środowisko masywnych gwiazd, zwłaszcza tych w gęstych gromadach gwiazd, gdzie hierarchiczne połączenia są bardziej prawdopodobne.
Poza dynamiką gwiazd, katalog fal grawitacyjnych oferuje nowe podejście do jednego z odwiecznych pytań kosmologii: precyzyjnej szybkości rozszerzania się wszechświata, znanej jako stała Hubble’a. Każde wykryte połączenie dostarcza bezpośredniego pomiaru jego odległości, co można wykorzystać do ulepszenia naszych obliczeń tej stałej. „Łącząc te informacje z wielu połączeń, możemy poprawić nasz pomiar stałej Hubble’a, pomagając odpowiedzieć na jedno z wielkich nierozwiązanych pytań współczesnej astronomii: jak dokładnie szybko rozszerza się wszechświat?” – stwierdza badaczka IGR, Rachel Gray. Metoda ta oferuje niezależną ścieżkę weryfikacji dla modeli kosmologicznych.
Testowanie fizyki fundamentalnej i przyszłe perspektywy
Ogromna moc tych kosmicznych zdarzeń służy również jako niezrównane laboratorium do testowania fizyki fundamentalnej. Nowy zbiór danych zawiera GW230814, najgłośniejszy sygnał grawitacyjny zarejestrowany przez te instrumenty do tej pory. Tak silne sygnały umożliwiają bardzo precyzyjne testy teorii względności Einsteina z 1915 roku, ramy, w której po raz pierwszy postulowano fale grawitacyjne. Według naukowca IGR, Johna Veitcha, „Im głośniejszy sygnał, tym precyzyjniejsze są nasze pomiary wszelkich potencjalnych odchyleń”, dodając, że jak dotąd teoria Einsteina pomyślnie przeszła każdy test. Rozproszony charakter sieci detekcyjnej – LIGO w USA, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii – jest kluczowy dla wzajemnego porównywania sygnałów i zapewnienia solidności danych.
Ten wzrost liczby odkryć jest bezpośrednio przypisywany znaczącym ulepszeniom technologicznym wdrożonym w całej sieci LIGO-Virgo-KAGRA od 2020 roku. Ulepszenia te zwiększyły czułość detektorów o ponad 25% w porównaniu do poprzednich serii obserwacyjnych. Ta zwiększona czułość pozwala astronomom zaglądać głębiej w kosmos, obserwując znacznie większą objętość wszechświata i rejestrując zdarzenia, które wcześniej pozostałyby niewykryte.
Chociaż sygnały fal grawitacyjnych z mieszanych połączeń GW230529 i GW230518 zostały wyraźnie zaobserwowane, nie wykryto żadnych odpowiadających im błysków światła. Podkreśla to trwające dążenie do astronomii wieloźródłowej, gdzie detekcje fal grawitacyjnych są uzupełniane obserwacjami elektromagnetycznymi w całym spektrum. Przyszłość zapowiada takie jednoczesne detekcje dzięki nadchodzącym potężnym teleskopom, takim jak Teleskop Very Rubin, które mają znacząco zwiększyć prawdopodobieństwo uchwycenia zarówno fal grawitacyjnych, jak i światła z tych dynamicznych kosmicznych zdarzeń. Obszerne badania szczegółowo opisujące te odkrycia są dostępne jako preprint w repozytorium arXiv.
newsblog.pl
Maciej – redaktor, pasjonat technologii i samozwańczy pogromca błędów w systemie Windows. Zna Linuxa lepiej niż własną lodówkę, a kawa to jego główne źródło zasilania. Pisze, testuje, naprawia – i czasem nawet wyłącza i włącza ponownie. W wolnych chwilach udaje, że odpoczywa, ale i tak kończy z laptopem na kolanach.