Przełomowe osiągnięcie w obserwacjach astrofizycznych stanowi znaczący krok naprzód w zrozumieniu najbardziej ekstremalnych zjawisk we wszechświecie. Dekadę po pierwszym wykryciu fal grawitacyjnych, naukowcy precyzyjnie zmierzyli prędkość i kierunek nowo powstałej czarnej dziury, która odrzuciła się w wyniku połączenia. Ta pierwsza pełna charakterystyka odrzutu czarnej dziury dostarcza kluczowych informacji o energetycznych procesach, które następują po połączeniu dwóch macierzystych czarnych dziur, wykorzystując subtelne, lecz potężne zmarszczki czasoprzestrzeni, przewidziane po raz pierwszy przez Alberta Einsteina.
Fuzje czarnych dziur należą do najbardziej kataklizmicznych wydarzeń w kosmosie, rodząc pojedynczą, większą czarną dziurę. Dramatycznym, choć wcześniej niedostrzeganym, aspektem tych fuzji jest „kopnięcie” nadane nowej czarnej dziurze. To kopnięcie jest wynikiem nierównomiernego rozkładu fal grawitacyjnych emitowanych podczas fuzji, co wyrzuca powstałą czarną dziurę z jej kosmicznego miejsca narodzin z ogromnymi prędkościami, potencjalnie milionami mil na godzinę – wystarczająco szybko, by uciec z macierzystej galaktyki.
Unikalna sygnatura fal grawitacyjnych tego odrzutu różni się od regularnych sygnałów łączących się lub spiralujących czarnych dziur. Ta nierównomierna emisja oznacza, że sygnał zmienia się w zależności od pozycji obserwatora względem odrzutu czarnej dziury, co pozwala naukowcom wydedukować zarówno kierunek, jak i prędkość wyrzuconego obiektu. Juan Calderon-Bustillo, lider zespołu badawczego i naukowiec z Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), porównał to do orkiestry, gdzie publiczność w różnych miejscach odbiera unikalne kombinacje instrumentów, co pozwala im zmapować swoją pozycję.
Zrozumienie kosmicznego odrzutu
Aby zbadać to zjawisko, Calderon-Bustillo i jego zespół przeanalizowali sygnał fal grawitacyjnych GW 190412, zarejestrowany przez Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Virgo w 2019 roku. To konkretne zdarzenie, obejmujące fuzję dwóch czarnych dziur o różnych masach, było idealnym kandydatem dla ich nowatorskiej metodologii, opracowanej w 2018 roku. To nowe podejście umożliwiło pomiary „kopnięcia” przy użyciu istniejących możliwości detektorów, co wcześniej uważano za wymagające przyszłych obserwatoriów, takich jak LISA.
Czarna dziura powstała w wyniku fuzji GW 190412 została zaobserwowana, jak oddala się z zadziwiającą prędkością 112 000 mil na godzinę (50 kilometrów na sekundę). Choć nie jest to maksymalna prędkość, jaką czarna dziura może osiągnąć po fuzji, ta prędkość jest wystarczająca, aby czarna dziura uciekła z grawitacyjnego uścisku gęstego zgrupowania gwiazd, takiego jak gromada kulista. Koustav Chandra, członek zespołu badawczego z Penn State University, podkreślił znaczenie, stwierdzając: „To niezwykła demonstracja tego, co potrafią fale grawitacyjne.”
Przyszłe granice obserwacyjne
Precyzyjny pomiar odrzutu tej czarnej dziury, w tym jej kierunku i prędkości, otwiera nowe możliwości dla astronomii wieloźródłowej. Przyszłe badania mają na celu połączenie danych z fal grawitacyjnych z obserwacjami promieniowania elektromagnetycznego – podstawy tradycyjnej astronomii. Samson Leong z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu wyjaśnił, że fuzje czarnych dziur w gęstych środowiskach, takich jak aktywne jądra galaktyk (AGN), mogą wytwarzać wykrywalne sygnały elektromagnetyczne znane jako rozbłyski. Widoczność tych rozbłysków zależy od orientacji odrzutu względem Ziemi. Mierząc odrzut, naukowcy mogą odróżnić prawdziwą parę sygnałów grawitacyjno-elektromagnetycznych od przypadkowej koincydencji, zwiększając wiarygodność takich detekcji wieloźródłowych.
Te pionierskie badania, opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy, podkreślają transformacyjną moc astronomii fal grawitacyjnych. Nie tylko poszerzają one nasze zrozumienie dynamiki czarnych dziur, ale także otwierają drogę do nowej ery kosmicznej eksploracji, gdzie najbardziej gwałtowne wydarzenia we wszechświecie mogą być mapowane z niespotykaną szczegółowością za pomocą wielu kanałów obserwacyjnych.
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.