Gravitační vlny poprvé odhalily černou díru střední váhy

TLDR: Vědátoři z detektorů LIGO a Virgo oznámili, že vloni nejspíše vůbec poprvé odhalili černou díru nad hmotnost 65 Sluncí. Tato váhová kategorie nám doposud unikala, ačkoliv nám již gravitační vlny odhalily i černé díry menší či výrazně větší. Oznámení zde a zde, studie tuna a tuna.

Titáni vesmíru

Výzkumníci z detektorů LIGO a Virgo budou mít tento víkend důvod k oslavě. Oznámili totiž detekci gravitační vlny GW190521, která vůbec poprvé zachytila vznik černé díry „střední váhy“, jenž čítá víc jak 100 Sluncí. Doposud všechny detekce spojení černých děr detekovaly singularity menší.

Nejnovější spojení černých děr tak naznačuje cestu k řešení velké astronomické záhady – totiž tomu, kde jsou právě ony černé díry střední váhy.

Ale pojďme od počátku. Černé díry vesmíru mají neprávem pověst velkých ničitelů, kteří se jako zlý ledovec v Titanicu už už chystají potopit naši Matičku Zemi. Ve skutečnosti jde ale o prospěšné motory toho, jak náš vesmír funguje. To ale neznamená, že nemáme… určité mezery.

Kdo si pamatuje moje video s astrofyzikem Norbertem Wernerem, přesně o chybějící „střední váhové kategorii“ černých děr tam mluví jako o astronomické záhadě. Jde o to, že z astronomických pozorování dnes ve vesmíru známe už kotel gravitačních singularit. Některé jsme nejspíše vidět i vznikat. Jenže ony singularity nám typicky spadají do dvou škál.

Buďto jde o stelární černé díry, které mají váhu pár desítek hmotností Slunce – a které vznikly zřejmě relativně nedávno ze supernovy.

Anebo jde o supermasivní černé díry o hmotnosti miliard Sluncí, které vznikly dávno a tvoří typicky jádra galaxií.

Asi nemusíte být zrovna výherce Nobelovy ceny, aby vám došlo, že v této škále nám cosi schází. Z logiky věci by se „malé“ černé díry měly spojovat do střední váhové kategorie, která by měla plynule přecházet do supermasivních černých děr. Jenže my nic takového nevidíme. Poklidně rostoucí střední třída jakoby neexistovala, a černé díry se v našich katalozích dělí jen na suprboháče a suprubožáky.

Tedy, možná až doposud. Černé díry jsou totiž nyní o něco jasnější.

Zdroj: Imgur/ThisIsGerbilReportingLiveFromRichardSimmons/Public Domain, vlastní

První svého druhu

Vědátoři z LIGO a Virgo (dvou detektorů gravitačních vln, které si snad musí plést i jejich matka) včera oznámili detekci vlny GW190521. Na ní surfovala data o spojení dvou černých děr, z nichž jedna měla hmotnost 85 Sluncí. Co víc, výsledkem spojení byla černá díra o hmotnosti 142 Sluncí!

Známe i větší černoděrné titány, ale tenhle střední filuta je první svého druhu. Obě tyto cifry totiž již spadají právě do (počátku) střední váhové kategorie černých děr. Naše současné teorie přitom predikují, že černé díry můžou vznikat jenom u hvězd, které mají od 8 do 65 (plus mínus dle teorií) hmotnosti Sluncí. Cokoliv menšího se prostě nezhroutí do sebe. Cokoliv většího se při supernově zcela eliminuje.

Takže detekce černé díry o 85 Sluncí, jakou nám vyplivla data z GW190521, naznačuje, že tato singularitka může být jít výsledkem jiného, staršího spojení dvou menších singularitek. Totéž vlastně platí i o menší černé díry (ta měla 66 Sluncí), ale nemá asi smysl zabíhat do detailů, protože teorie o tom, odkud a kam přesně může stelární černá díra sahat, jsou trochu rozmazané.

Co nám tedy GW190521 říká o střední třídě? Inu, leccos nového – ale leccos o vesmíru si stále nechává pro sebe.

LIGO Scientific Collaboration - The science of LSC research
Takhle detektory gravitačních vln fungují – jde o obří interferometry, které dovedou odhalit „fouknutí“ gravitační vlny. Zdroj: LIGO (nebo Virgo???)

Převládající hypotéza

V první řadě platí, že detekce spojení obou singularit je stále „jenom“ převládající hypotézou. Na obou detektorech zkrátka loni v květnu cosi zašumělo, spojení obou černých děr je nejjednodušší vysvětlení. Ale jelikož podobné spojení nedoprovází jiné detekovatelné (nebo alespoň námi zatím detekovatelné) jevy, jako je třeba záblesk viditelného světla nebo záření gama, teoreticky to s menší pravděpodobností mohlo být něco jiného.

Sami autoři zmiňují, že by zdrojem mohla být i kolabující hvězda v naší galaxii (ta by vytvořila slabší signál, ale z větší blízkosti), anebo by mohlo jít o jednu z hypotetizovaných „ozvěn“ po samotném Velkém třesku. Pokud si ale půjčíme od Occama jeho žiletky, je prostě spojení černých děr něčím, co se nabízí jako nejsnazší vysvětlení.

Jde-li však o takové spojení černých děr, také to není konec zápletky hledání střední váhové kategorie. Na jednu stranu je zjevné, že jak vědátoři ladí možnosti, jak najít gravitační vlny (přece jenom na první detekci došlo teprve v letech 2015/2016), budeme podobná spojení nejspíše v příštích letech objevovat častěji. Doposud jsme totiž vůči nim byli doslova slepí.

Na druhou stranu, doposud teorie chybějící střední váhovou třídu černých děr vysvětlovaly kosmologicky – možná, říká se, že supermasivní černé díry jsou supermasivní, protože vznikly při Velkém třesku nebo relativně brzy po něm. A narostly do obří velikosti tak, že spolykaly mnoho hmoty vesmíru, která v něm nyní jaksi už není (v původní formě). Budiž, dává to smysl.

Tahle na spojení singularit došlo v simulaci Virgo (nebo LIGO???)

Uvidíme, jestli uvidíme

Ale nemění to nic na tom, že GW190521 naznačuje, že střední černé díry evidentně vznikají. A měli bychom je tedy být schopni detekovat. Jenže my je nedetekujeme – ačkoliv tedy nově vidíme jejich vznik, furt nevidíme například soustavu, kde by taková střední černá díra vysávala pár planet…

Což je divné!

Spíše než kosmickou konspiraci to ale naznačuje, že střední černé díry můžou kolem sebe mít unikátní „terén“ v kontrastu proti menším či větším černým dírám. Zatímco ty malé totiž můžeme vidět skrze jejich projevy (protože jde třeba o stelární černou díru nasávající atmosféru svého hvězdného bratra), střední černé díry by kolem sebe mohly mít vybydleno jako žádné jiné objekty.

Což dává i smysl.

Pokud na jejich vznik bylo třeba spojení dvou či více menších černých děr, nejspíše takový jev zamával i s okolními hvězdičkami. To by nám naopak naznačovalo, že regionu vesmíru, kde se toho moc neděje, by mohly být domovem podobných středních singularit…

Ale to už si pouštím fantazii na špacír. Nic jiného však první detekce tohoto ranku nemohla ani způsobit – týmům LIGO/Virgo proto přeju příjemnou, zaslouženou víkendovou kocovinu, a zbylým astrofyzikům zase pevné nervy. To, že jsou černé díry o fous jasnější, totiž rozhodně neznamená, že už si je dokážeme celkově namalovat jako ty francouzské dívky.

[Ladislav Loukota]

Moje zmíněné video s vědátorem Norbertem Wernerem, který nedávno udělal objev ještě větší díry, než jsou Hranice, je tuna:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze

Reklama