Több milliárd évvel ezelőtt két, a Napnál jóval masszívabb fekete lyuk - egyenként 31 és 19 naptömeg - egyesült egy távoli galaxisban. 2017. január 4-én ezek a gravitációs hullámok, amelyek fénysebességgel haladtak át az Univerzumon, végül elérték a Földet, ahol bolygónkat több atomra szorították és nyújtották. Ez elég volt ahhoz, hogy a két washingtoni és Louisiana-i LIGO detektor felvegye a jelet, és pontosan rekonstruálja a történteket. A történelem során harmadszor figyeltük meg közvetlenül a gravitációs hullámokat. Eközben a világ minden tájáról távcsövek és obszervatóriumok, beleértve a Föld pályáján lévőket is, teljesen más jelet kerestek: olyasmit, mint a fény vagy az elektromágneses sugárzás, amelyet ezek az egyesülő fekete lyukak kibocsáthatnak.
A LIGO-nál látottakhoz hasonló tömegű két lyuk összeolvadása. Várhatóan egy ilyen fúzióval nagyon kevés elektromágneses jelet kell produkálnia, de az erősen fűtött anyag jelenléte az ilyen tárgyak közelében megváltoztathatja ezt.
A legjobb fizikai modelljeink szerint a fekete lyukak összeolvadása egyáltalán nem bocsát ki fényt. Az eseményhorizonnal körülvett hatalmas szingularitás gravitációs hullámokat bocsáthat ki a tér-idő változó görbülete miatt, mivel egy másik óriási tömeg körül forog, és az általános relativitáselmélet ezt magában foglalja. Mivel a gravitációs energiának sugárzás formájában valahonnan kell származnia, az egyesülés után a végső fekete lyuk több naptömeggel könnyebb lesz, mint az azt létrehozó források összege. Ez teljesen összhangban áll a LIGO által megfigyelt két másik fúzióval: az eredeti tömeg körülbelül 5% -át gravitációs sugárzás formájában tiszta energiává alakították át.
Az ismert bináris fekete lyukrendszerek tömegei, köztük három megerősített LIGO-fúzió és egy fúziós jelölt
De ha van valami ezeken a fekete lyukakon kívül, mint például egy akkréciós lemez, egy tűzfal, egy kemény héj, egy diffúz felhő vagy bármi más, akkor ennek az anyagnak a gyorsulása és felmelegedése elektromágneses sugárzást hozhat létre, amely a gravitációs hullámainkkal együtt halad. Az első LIGO-detektálás után a Fermi Gamma-Ray Burst Monitor kijelentette, hogy a gravitációs hullámjel idejével egybeeső nagy energiájú törtet észlelt. Sajnos az ESA műhold nem csak nem erősítette meg Fermi eredményeit, hanem az ott dolgozó tudósok hibát fedeztek fel Fermi adatainak elemzésében, teljesen hiteltelenítve eredményeiket.
Két fekete lyuk összeolvadása egy művész szemén keresztül, akkréciós lemezzel. Az anyag sűrűségének és energiájának itt nem szabad elegendőnek lennie gammasugarak vagy röntgensugarak létrehozásához, de ki tudja, mire képes a természet.
A második egyesülés nem mutatott ilyen utalásokat az elektromágneses jelekre, de ez nem meglepő: a fekete lyukak tömege lényegesen könnyebb volt, így az általuk generált jelek ennek megfelelően kisebb nagyságúak lennének. De a harmadik egyesülés is tömeges volt, jobban hasonlítható az elsőhöz, mint a másodikhoz. Bár Fermi nem szólt semmit, és az ESA integrált műholdja is hallgatott, két utalás volt arra, hogy elektromágneses sugárzás történhetett. Az Olasz Űrügynökség AGILE műholdja halvány, rövid ideig tartó fellángolást rögzített, amely fél másodperccel a LIGO-nál történt fúzió előtt történt, és a röntgen-, rádió- és optikai megfigyeléseket furcsán azonosították.
Ha ezek bármelyike a fekete lyukak összeolvadásának tulajdonítható, az teljesen hihetetlen lenne. Olyan keveset tudunk a fekete lyukakról általában, mit mondhatunk az egyesülésekről. Még soha nem láttuk őket a saját szemünkkel, bár az Event Horizon távcső valamilyen képet készít még ez év vége előtt. Éppen ebben az évben tudtuk meg, hogy a fekete lyukaknak nincsenek kemény héjaik az eseményhorizont körül, de ez a tény statisztikai is volt. Tehát amikor a fekete lyukak elektromágneses szivárgása lehet, érdemes nyitottan gondolkodni.
Promóciós videó:
A távoli, hatalmas kvazárok szupermasszív fekete lyukakat mutatnak a magjukban, és elektromágneses szivárgásaik könnyen észlelhetők. De még nem láttuk, hogy az összeolvadó fekete lyukak (különösen azok, amelyeknek alacsony a tömege, kevesebb, mint 100 nap), bármit is kibocsátanak, ami kimutatható.
Sajnos ezen megfigyelések egyike sem szolgáltatja a szükséges adatokat ahhoz, hogy arra következtessünk, hogy az egyesülő fekete lyukak bármit is kibocsáthatnak az elektromágneses spektrumban. Általában meglehetősen nehéz meggyőző bizonyítékokat szerezni, mivel a hihetetlen pontossággal dolgozó iker LIGO detektorok sem képesek pontosabb pontossággal meghatározni a gravitációs hullámjel helyét, mint legfeljebb egy vagy három csillagkép. Mivel a gravitációs hullámok és az elektromágneses hullámok fénysebességgel haladnak, rendkívül valószínűtlen, hogy a kettő között csaknem 24 órás késés következik be. Ezenkívül a tranziens esemény olyan távolságban következik be, amely nem teszi lehetővé, hogy gravitációs hullámmal társuljon.
Az AGILE obszervatórium megfigyelési területe a LIGO megfigyelések idején, a gravitációs hullámforrás lehetséges helyének lila körvonalakkal ábrázolva
Az AGILE megfigyelései arra utalhatnak, hogy valami érdekes történik. Abban a pillanatban, amikor a gravitációs hullám eseményt észleltek, az AGILE egy olyan térterületre irányult, amely a LIGO vizsgálati terület 36% -át tartalmazza. A tudósok szerint "a kimutatott röntgenfotonok többlete" valahol a szokásos átlagos háttér felett jelent meg. De az adatokat megnézve a tudósok első kérdése a következő: Mennyire meggyőzőek?
Másodpercekkel a LIGO egyesülés előtt egy érdekes eseményt húztak ki, amelyet a fenti három diagram E2-vel jelölt. Alapos elemzés után, amelyben korreláltak a látottakkal és milyen véletlenszerű ingadozások fordulhatnak elő természetesen, arra a következtetésre jutottak, hogy valami érdekes történt 99,9% -os valószínűséggel. Más szavakkal, valós jelet láttak, nem véletlenszerű ingadozást. Az univerzumban sok olyan tárgy van, amely gammát és röntgensugarat bocsát ki, amelyek a hátteret alkotják. De vajon az eset összekapcsolható-e két fekete lyuk gravitációs egyesülésével?
Két egyesülő fekete lyuk számítógépes szimulációja gravitációs hullámok előállításával. A kérdés az, hogy ez a jel kísér-e valamilyen elektromágneses törtet?
Ha igen, akkor miért nem látták a többi műhold? Jelenleg arra a következtetésre juthatunk, hogy ha a fekete lyukaknak elektromágneses része volt, akkor:
- extrém gyenge
- csak alacsony energiák mellett születik
- nincs fényes optikai, rádió- vagy gammasugár-alkatrésze
- nem történik egyidejűleg a gravitációs hullámok felszabadulásával.
30 naptömegű bináris fekete lyukakat, amelyeket először a LIGO detektált, közvetlen összeomlás nélkül nehéz kialakítani. Most, amikor már kétszer megfigyelték őket, egyértelművé vált, hogy az ilyen fekete lyukpárok meglehetősen gyakoriak. Van elektromágneses sugárzásuk?
Ezenkívül minden, amit látunk, tökéletesen megfelel annak a ténynek, hogy a fekete lyukak összeolvadásának nincs elektromágneses része. De lehet, hogy ez azért van, mert nincs elegendő adatunk? Ha több gravitációs hullámérzékelőt építünk, több nagy tömegű fekete lyuk egyesülését látjuk, jobban lokalizáljuk őket, átmeneti eseményeket látunk - megtudhatjuk a választ erre a kérdésre. Ha missziókat és obszervatóriumokat építenek, amelyeknek ilyen adatokat kell gyűjteniük, megrendelik és szükség esetén pályára állítják őket, akkor 15 év múlva tudományos megerősítést kapunk.
KHEL ILYA