Gravitační vlny lidstvu odhalily první černou díru střední velikosti, vznikla kolizí menších černých děr

04. 09. 2020

Černé díry Gravitační vlny

Vědcům se podařilo detekovat zatím nejmasivnější černou díru prostřednictvím gravitačních vln. Má hmotnost 142 Sluncí a vznikla při kolizi dvou menších černých děr. Jedná se o zatím nejtěžší známou černou díru v této kategorii. Podle nové studie v magazínu Physical Review Letters and Astrophysical Journal Letters vznikla jedna z původních černých děr této kolize také v kolizi.

Černá díra, ilustrace

Na obrázku je znázorněna hmota rotující kolem černé díry.

Image credit: NASAs Goddard Space Flight Center

Gravitační vlny jsou nerovnosti v časoprostoru způsobené interakcí extrémně hmotných těles jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry. Při srážce těchto objektů dochází k deformaci časoprostoru, která se šíří vesmírem a je detekovatelná extrémně citlivými přístroji na Zemi. Díky tomuto efektu mohou vědci zkoumat vzdálené černé díry i bez detekce elektromagnetické radiace (světlo, rádiové vlny, rentgen,...).

  
První detekce gravitačních vln: 14. září 2015 (publikováno v únoru 2016)
  
Počet detekcí: 90 potvrzených do listopadu 2021 (a k tomu desítky dalších detekcí s menší mírou jistoty)
  
Detektory: LIGO, VIRGO, KAGRA

Černé díry lze rozdělit do tří hlavních kategorií: 

  
Černé díry hvězdné velikosti, které mají hmotnost jednotek až desítek Sluncí a vznikají v supernovách na konci života masivních hvězd.
  
Černé díry střední velikosti dosahují hmotnosti mezi 100 a miliónem slunečních hmotností. Zřejmě nevznikají přímo z hvězd, ale spojením menších černých děr.
  
Supermasivní černé díry, které se nachází v jádrech galaxií a mají miliony až miliardy hmotností Slunce.


Černé díry střední velikosti jsou pro vědce zatím zahaleny tajemstvím. Doposud bylo známo jen několik málo kandidátů, chyběla však detailní pozorování. Tyto objekty nemohou vzniknout stejně jako černé díry hvězdné velikosti v supernovách. 

Jednou z cest jsou tedy kolize menších černých děr při kterých vznikají větší černé díry. Touto cestou zřejmě vznikla i větší z původních černých děr v kolizi GW190521. 

Větší z původních černých děr události GW190521 měla hmotnost 85 Sluncí a srazila se s černou dírou o hmotnosti 66 Sluncí. Výsledkem této kolize je první známá černá díra střední velikosti o hmotnosti 142 Sluncí. Zbývající hmota byla původních objektů transformována na energii gravitačních vln.

Gravitační vlny, vybrané detekce

Některé z detekovaných událostí gravitačních vln prostřednictvím observatoří LIGO a Virgo.

  

    
Událost
    
Datum
    
Výsledný objekt
    
Hmotnost
(hmotnost Slunce)
    
Poznámka
  
  

    
GW150914
    
2015-09-14
    
Černá díra
    
62
    
První detekce gravitačních vln
  
  

    
GW170608
    
2017-06-08
    
Černá díra
    
18
    
Kolize nejmenších černých děr (10,9 a 7,6 hmotností Slunce)
  
  

    
GW170729
    
2017-07-29
    
Černá díra
    
80
    
Do roku 2017 největší výsledná černá díra z kolize detekované prostřednictvím gravitačních vln
  
  

    
GW170814
    
2017-08-14
    
Černá díra
    
53
    
První změřená polarizace
  
  

    
GW170817
    
2017-08-17
    
Neutronová hvězda
    
2,74
    
První pozorovaná kolize neutronových hvězd
  
  

    
GW190425
    
2019-04-24
    
neznámo
    
?
    
Druhá pozorovaná kolize neutronových hvězd, není zřejmé, co bylo jejím výsledkem
  
  

    
GW190521
    
2019-05-21
    
Černá díra
    
142
    
Nejtěžší známá černá díra detekovaná prostřednictvím gravitačních vln, zároveň nejtěžší původní objekty
  
  

    
GW190814
    
2019-08-14
    
Černá díra
    
>5
    
Nezvyklá kolize, ve které měl jeden z objektů 2,5násobek hmotnosti Slunce. To je příliš na neutronovou hvězdu a málo na černou díru.
  
  

    
GW200105
S200105ae
    
2020-01-05
    
Černá díra
    
>10,4
    
První potvrzená detekce kolize černé díry s neutronovou hvězdou
  
  

    
GW200115
    
2020-01-15
    
Černá díra
    
>7,8
    
Druhá potvrzená detekce kolize černé díry s neutronovou hvězdou