Naukowcy podwoili znaną liczbę ekstremalnych zdarzeń kosmicznych wykrywanych za pomocą fal grawitacyjnych, zapewniając bezprecedensowy wgląd w najbardziej niszczycielskie uderzenia we Wszechświecie. Najnowszy katalog, GWTC-4, opublikowany w ramach współpracy LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), zawiera obecnie 128 potwierdzonych odkryć zderzeń czarnych dziur i gwiazd neutronowych, co stanowi prawie dwukrotność poprzedniej liczby 90. Oznacza to, że teraz „słyszymy” Wszechświat w zupełnie nowy sposób.
Przełom: fluktuacje w czasoprzestrzeni
Istnienie tych oscylacji – zniekształceń w strukturze czasu i przestrzeni – zostało po raz pierwszy przepowiedziane przez Alberta Einsteina w 1915 roku. Technologia dogoniła tę teorię dopiero po stuleciu. W 2015 roku Laserowe Interferometryczne Obserwatorium Fal Grawitacyjnych (LIGO) dokonało pierwszego bezpośredniego wykrycia łączącej się czarnej dziury w odległości 1,3 miliarda lat świetlnych. Od tego czasu do poszukiwań dołączyły detektory we Włoszech (Virgo) i Japonii (KAGRA), odkrywając wszechświat pełen tych kataklizmów.
Dlaczego to ma znaczenie: Fale grawitacyjne są wyjątkowe, ponieważ niosą informacje o zderzeniach, których światło nie jest w stanie przekazać. Światło może być zakrzywione, zablokowane lub zniekształcone. Fale grawitacyjne przechodzą przez niemal wszystko, dając nam bezpośredni wgląd w najbardziej ekstremalne zjawiska w kosmosie.
Co nowego w GWTC-4
Ten najnowszy zbiór danych, zebrany między majem 2023 r. a styczniem 2024 r., wyróżnia się różnorodnością :
- Cięższe czarne dziury: Katalog zawiera najcięższe pary czarnych dziur, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, każda około 130 razy masywniejsza od naszego Słońca.
- Nierówne fuzje: Niektóre zderzenia obejmują czarne dziury o bardzo różnych rozmiarach, co wskazuje na złożoną historię ich powstawania.
- Ekstremalne rotacje: Kilka czarnych dziur wiruje z prędkością do 40% prędkości światła – dowód wcześniejszych zderzeń i możliwość powstania „łańcuchów łączenia”, w których czarne dziury rosną w wyniku powtarzających się łączenia.
- Połączenia mieszane: Dwa nowe zdarzenia obejmują zderzenia czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Zwiększona czułość detektorów LVK umożliwia naukowcom wykrywanie zdarzeń w odległości do 10 miliardów lat świetlnych. Pozwala to na rygorystyczne testy ogólnej teorii względności Einsteina, która w tych ekstremalnych warunkach jest nadal potwierdzana.
Implikacje dla astrofizyki
„Ten zbiór danych utwierdził nas w przekonaniu, że czarne dziury, które zderzyły się wcześniej w historii Wszechświata, mogły mieć wyższe prędkości rotacji niż te, które zderzyły się później” – mówi członek LVK Salvatore Vitale z Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Dane sugerują również, że czarne dziury mogą rosnąć w wyniku wielokrotnych połączeń, tworząc w czasie kosmicznym jeszcze masywniejsze obiekty. Obserwacje te dostarczają wglądu w to, jak czarne dziury powstają z zapadających się gwiazd, jak ewoluują i jak wpływają na strukturę Wszechświata.
„Ekspansujemy się na nowe części tego, co nazywamy „przestrzenią parametryczną” i odkrywamy zupełnie nową różnorodność czarnych dziur” – wyjaśnia członek LVK Daniel Williams z Uniwersytetu w Glasgow. „Naprawdę przesuwamy granice i widzimy rzeczy, które są bardziej masywne, wirują szybciej i są obiektami bardziej interesującymi astrofizycznie i niezwykłymi”.
Wyniki tego katalogu zostaną wkrótce opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters. Dalsze udoskonalenia tych metod wykrywania obiecują jeszcze więcej odkryć na temat najbardziej gwałtownych i tajemniczych wydarzeń we wszechświecie.
