Pred milijardami let sta se v oddaljeni galaksiji združili dve črni luknji, veliko bolj masivni od Sonca - po 31 in 19 sončnih mas. 4. januarja 2017 so ti gravitacijski valovi, ki so potovali skozi vesolje s svetlobno hitrostjo, končno dosegli Zemljo, kjer so stisnili in raztegnili naš planet na več atomov. To je bilo dovolj, da sta detektorja LIGO v Washingtonu in Louisiani ujela signal in natančno rekonstruirala, kaj se je zgodilo. Že tretjič v zgodovini smo neposredno opazovali gravitacijske valove. Medtem so teleskopi in observatoriji po vsem svetu, vključno s tistimi v Zemljini orbiti, iskali povsem drugačen signal: nekaj podobnega svetlobi ali elektromagnetnemu sevanju, ki bi ga lahko sevale te združujoče se črne luknje.
Prikaz dveh združenih črnih lukenj primerljive mase s tistimi, ki jih vidimo v LIGO. Pričakuje se, da bi takšna fuzija povzročila zelo malo elektromagnetnih signalov, vendar lahko prisotnost močno segrete snovi v bližini takšnih predmetov to spremeni.
Po naših najboljših fizikalnih modelih združitev črnih lukenj sploh ne sme oddajati svetlobe. Ogromna singularnost, obkrožena z obzorjem dogodkov, lahko oddaja gravitacijske valove zaradi spreminjajoče se ukrivljenosti prostora-časa, saj se vrti okoli druge velikanske mase, kar pomeni splošna relativnost. Ker mora gravitacijska energija v obliki sevanja od nekje prihajati, bo končna črna luknja po združitvi za nekaj sončnih mas lažja od vsote virov, ki so jo ustvarili. To je popolnoma v skladu z dvema združitvama, ki jih je opazil LIGO: približno 5% prvotne mase se je pretvorilo v čisto energijo v obliki gravitacijskega sevanja.
Množice znanih binarnih sistemov črne luknje, vključno s tremi potrjenimi združitvami LIGO in enim kandidatom za združitev
Če pa je zunaj teh črnih lukenj nekaj, na primer prirastni disk, požarni zid, trda lupina, razpršen oblak ali kaj drugega, lahko pospešek in segrevanje tega materiala ustvari elektromagnetno sevanje, ki potuje skupaj z našimi gravitacijskimi valovi. Po prvem zaznavanju LIGO je Fermi Gamma-Ray Burst Monitor izjavil, da je zaznal izbruh visoke energije, ki sovpada s časom signala gravitacijskega vala. Žal satelit ESA ni le potrdil Fermijevih rezultatov, temveč so znanstveniki, ki so tam delali, odkrili napako pri Fermijevi analizi njihovih podatkov in popolnoma diskreditirali njihove rezultate.
Združevanje dveh črnih lukenj skozi oči umetnika z akrecijskim diskom. Gostota in energija snovi tukaj ne bi smela biti dovolj za ustvarjanje gama žarkov ali rentgenskih izbruhov, toda kdo ve, česa je narava sposobna.
Druga združitev ni pokazala takšnih namigov o elektromagnetnih signalih, vendar to ni presenetljivo: črne luknje so bile bistveno lažje po masi, zato bi bil vsak signal, ki bi ga ustvarili, ustrezno nižji. Toda tudi tretja združitev je bila množična, bolj primerljiva s prvo kot z drugo. Čeprav Fermi ni rekel ničesar in tudi ESA-inov satelit Integral molčal, sta obstajala dva namiga, da bi lahko prišlo do elektromagnetnega sevanja. Satelit italijanske vesoljske agencije AGILE je zabeležil šibek kratkotrajni vžig, ki se je zgodil pol sekunde pred združitvijo v LIGO, skupaj pa so bili čudno identificirani rentgenski, radijski in optični opazovanja.
Če bi karkoli od tega pripisali združevanju črnih lukenj, bi bilo popolnoma neverjetno. O črnih luknjah na splošno vemo tako malo, kaj lahko rečemo o združevanju. Nikoli jih nismo videli na lastne oči, čeprav se bo teleskop Event Horizon nekako posnel pred koncem letošnjega leta. Letos smo ugotovili, da črne luknje nimajo trdih lupin, ki obkrožajo obzorje dogodkov, vendar je bilo to dejstvo tudi statistično. Torej, ko gre za možnost, da bi črne luknje lahko puščale elektromagnetne snovi, je vredno ostati odprtega duha.
Promocijski video:
Oddaljeni, masivni kvazarji v svojih jedrih kažejo supermasivne črne luknje in njihovo elektromagnetno puščanje je enostavno zaznati. A še nismo videli združevanja črnih lukenj (zlasti tistih z nizko maso, manj kot 100 sonc) oddajajo karkoli, kar je mogoče zaznati.
Na žalost nobeno od teh opazovanj ne zagotavlja potrebnih podatkov, da bi lahko sklepali, da združitev črnih lukenj lahko oddaja kar koli v elektromagnetnem spektru. Na splošno je težko dobiti prepričljive dokaze, saj tudi dvojni detektorji LIGO, ki delujejo z neverjetno natančnostjo, ne morejo natančneje določiti lokacije signala gravitacijskega vala z večjo natančnostjo kot do ozvezdja ali treh. Ker gravitacijski valovi in elektromagnetni valovi potujejo s svetlobno hitrostjo, je zelo malo verjetno, da bo prišlo do skoraj 24-urne zamude med njima. Poleg tega se prehodni dogodek zgodi na razdalji, ki ne omogoča, da bi bila povezana z gravitacijskim valom.
Območje opazovanja observatorija AGILE v času opazovanj LIGO z možno lokacijo vira gravitacijskega vala, prikazano v vijoličnih obrisih
Opažanja AGILE bi lahko namignila, da se dogaja nekaj zanimivega. V trenutku, ko je bil zaznan dogodek gravitacijskega vala, je bil AGILE usmerjen na območje vesolja, ki vsebuje 36% študijskega območja LIGO. Po mnenju znanstvenikov se je "presežek zaznanih rentgenskih fotonov" pojavil nekje nad običajnim povprečnim ozadjem. Toda če pogledamo podatke, je prvo vprašanje, ki ga zastavljajo znanstveniki: Kako prepričljivi so?
Nekaj sekund pred združitvijo LIGO so izvlekli zanimiv dogodek z oznako E2 na zgornjih treh lestvicah. Po temeljiti analizi, v kateri so povezali, kaj vidijo, in kakšna naključna nihanja se lahko pojavijo naravno, so ugotovili, da se je zgodilo nekaj zanimivega z 99,9-odstotno verjetnostjo. Z drugimi besedami, videli so pravi signal, ne naključnega nihanja. V vesolju je veliko predmetov, ki oddajajo gamo in rentgenske žarke, ki tvorijo ozadje. Toda ali je incident mogoče povezati z gravitacijsko združitvijo dveh črnih lukenj?
Računalniške simulacije dveh združenih črnih lukenj z ustvarjanjem gravitacijskih valov. Vprašanje je, ali ta signal spremlja kakršen koli elektromagnetni izbruh?
Če je tako, zakaj ga drugi sateliti niso videli? Trenutno lahko sklepamo, da če imajo črne luknje elektromagnetni del, to:
- izredno šibek
- se rodi le pri nizkih energijah
- nima svetle optične, radijske ali gama komponente
- se ne pojavi sočasno z izpuščanjem gravitacijskih valov.
Binarne črne luknje s 30 sončnimi masami, ki jih je prvi zaznal LIGO, je težko oblikovati brez neposrednega kolapsa. Zdaj, ko so jih že dvakrat opazili, je postalo jasno, da so takšni pari črnih lukenj precej pogosti. Ali imajo elektromagnetno sevanje?
Poleg tega se vse, kar vidimo, popolnoma prilega dejstvu, da se združujoče črne luknje nimajo elektromagnetnega dela. Toda ali je to morda zato, ker nimamo dovolj podatkov? Če zgradimo več detektorjev gravitacijskih valov, vidimo več združitev črnih lukenj z veliko maso, jih bolje poiščemo in vidimo več prehodnih dogodkov - lahko najdemo odgovor na to vprašanje. Če bodo misije in opazovalnice, ki bi morale zbirati take podatke, zgrajene, naročene in postavljene v orbito, če je potrebno, bomo čez 15 let prejeli znanstveno potrditev.
ILYA KHEL