Nezvyklé gravitační vlny GW190521 mohly vzniknout kolizí s primordiální černou dírou
09. 03. 2021
Detekce gravitačních vln GW190521 láme vědcům hlavy. Tento signál indikující dočasné narušení časoprostoru totiž zřejmě pochází z kolize černých děr nezvyklé velikosti - střední. Takové objekty doposud nebyly pozorovány a nebylo ani zřejmé, zda skutečně existují. Podle nové studie mohla jedna z černých děr této kolize pocházet z počátků vesmíru.
Černé díry, kategorie
Černé díry jsou masivní kompaktní objekty s tak silnou gravitací, že z nich nedokáže uniknout ani světlo. To ale neznamená, že jsou všechny stejné. Vědci rozlišují tři (až pět) základních kategorií černých děr, které se od sebe liší svou hmotností i vznikem:
- Černé díry hvězdné velikosti (kolapsary) - mají hmotnost jednotek až desítek Sluncí a vznikají při kolapsu masivní hvězdy. Proces, při kterém vzniká černá díra hvězdné velikosti, se označuje jako hypernova a je doprovázena zábleskem gama záření.
- Černé díry střední velikosti - dosahují hmotnosti mezi 100 a miliónem slunečních hmotností. Zřejmě nevznikají přímo z hvězd, ale spojením menších černých děr. Tato třída černých děr byla po dlouhou dobu pouze teoretická, protože se astronomům nepodařilo najít žádný konkrétní objekt, který by do této kategorie zapadal. První známou černou dírou střední velikosti se nakonec stal objekt objevený pomocí gravitačních vln (signál GW190521)
- Supermasivní černé díry - nachází se v jádrech galaxií a mají miliony až miliardy hmotností Slunce. V jádru naš vlastní galaxie dřímá supermasivní černá díra Sagittarius A* s hmotností kolem 4 milionů Sluncí.
- Ultramasivní černé díry (superobří černé díry) - další uvažovanou kategorií jsou ultramasivní černé díry, které mohou mít hmotnost 10 až 100 miliard Sluncí.
- Neuvěřitelně velké černé díry (Stupendously LArge Black holeS, SLABS) - Nedávno přišli vědci s pátou kategorií černých děr, jejichž hmotnost přesahuje 100 miliard Sluncí.
Ze signálu gravitačních vln vědci dokáží zjistit hmotnost kolidujících objektů a také hmotnost toho výsledného. U GW190521 se podle nich srazily černé díry o hmotnostech 66 a 85 Sluncí. Zejména u většího z těchto objektů vědci nedokáží s jistotou říct, jak vzniknul.
Jednou z teorií je, že už tato černá díra vznikla kolizí jiných menších děr. Objevují se ale další alternativní vysvětlení, jako například kolize teoretických bosonových hvězd. Nejnověji se vědci pokusili pomocí simulací zjistit, zda by zachycený signál mohl odpovídat kolizi s primordiální černou dírou, tedy objektem, který pochází doslova z počátků vesmíru.
Vědci chtěli primárně zjistit, jaké vlastnosti by měla primordiální černá díra, která by vedla k detekovaným gravitačním vlnám, a zda by neodporovala známým fyzikálním zákonům. Podle výsledků simulace je skutečně možné, že by o takový objekt mohlo jít. Neznamená to nicméně důkaz jeho existence, pouze možnost, která zcela neodporuje našemu poznání vesmíru.
Za vznikem jediné známé černé díry střední velikosti by mohla být kolize exotických bosonových hvězd
25. 2. 2021 Podle mezinárodního týmu vědců by za událostí, ve které vznikly gravitační vlny GW190521, mohla ve skutečnosti být kolize bosonových hvězd. Tato kategorie hvězd zatím nebyla nikdy pozorována a existuje pouze v teoriích. Ke svému závěru vědci došli na základě počítačových simulací kolizí bosonových hvězd, které se nápadně podobají detekovanému signálu detektory gravitačních vln LIGO a Virgo.
Gravitační vlny GW190521
Signál gravitačních vln GW190521 byl pozorován detektory LIGO v USA a Virgo v Evropě v květu 2019. Následná analýza ukázala, že signál mol vzniknout splynutím černých děr o hmotnostech 66 a 85 sluncí. Výsledkem má být černá díra o celkové hmotnosti 142 sluncí, první známá černá díra střední velikosti. DO té doby byly známy pouze stelární černé díry o hmotnosti několika jednotek sluncí a řádově těžší supermasivní černé díry.
Studie publikovaná ve vědeckém magazínu Physical Review Letters nyní přichází s alternativním vysvětlením detekovaného signálu. Mohlo by jít o splynutí bosonových hvězd, které je podle simulací dokonce pravděpodobnější.
Bosonové hvězdy
Bosonové hvězdy jsou podle teorie masivní objekty tvořené ultralehkými bosony. Tyto částice jsou zároveň jedním z kandidátů na vysvětlení temné hmoty. Pokud by však skutečně byl signál GW190521 způsoben bosonovými hvězdami, výsledná černá díra by byla blíž a více než dvojnásobně masivní.
Existence bosonových hvězd zatím nebyla nikdy potvrzena a zůstává zcela teoretická. Počítačové simulace jejich kolize se nicméně nápadně podobají detekovanému signálu GW190521. Tyto gravitační vlny jsou tak dnes možná nejvážnější evidencí, která by mohla jejich existenci naznačovat.
Více informací
Následujte LIVINGfUTURE na sociálních sítích
Zprávy
Katalog hvězd
Vesmírné mise
O Living future
Nejnovětší zprávy
Katalog blízkých hvězd
Nejbližší exoplanety
Vesmírné mise
rss
twitter
facebook
