Un accident cosmic a produs prima gaură neagră de acest fel vreodată descoperită — şi aceasta nu este cea mai ciudată parte.
Cu mai mult de șapte miliarde de ani în urmă, două găuri negre imense s-au rotit una în jurul alteia până ce nu s-au ciocnit şi contopit, un cataclism atât de imens, încât a provocat valuri ce s-au avântat prin țesătură spațiu-timp.
În primele ore ale dimineții din 21 mai 2019, Pământul s-a clătinat datorită vibrațiilor trimise de pe urma acestui măcel îndepărtat, avizând astronomii despre cea mai mare explozie cosmică vreodată detectată — una care sfidează așteptările teoretice.
Vedeţi şi: Au fost detectate noi unde gravitaționale provenite de la coliziunea a două găuri negre
Semnalul preluat de două observatoare — LIGO din Statele Unite şi Virgo din Italia — au venit sub forma undelor gravitaționale: perturbări a spațiului – timpului provocate de evenimentele cosmice masive.
Acest semnal — numit GW1901521 — a venit de la o coliziune cu adevărat monstruoasă.
Cercetătorii estimează că două găuri negre de 66 şi respectiv 85 de ori mai masive decât soarele nostru s-au învârtit una în jurul alteia, pentru a se contopi şi forma o gaură neagră de 142 de ori mai mare decât steaua noastră.
Vedeţi şi: 10 lucruri care trebuie să le ştiţi despre găurile negre
Evenimentul, anunțat recent în Physical Review Letters, este în prezent cel mai mare detectat vreodată cu ajutorul undelor gravitaționale.
Într-o fracțiune de secundă, fuzionarea găurilor negre a eliberat de aproximativ opt ori mai multă energie decât cea conținută în atomii soarelui, totul sub formă de unde gravitaționale.
Această cantitate de energie este similară cu lansarea a un milion de miliarde de bombe atomice în fiecare secundă timp de 13,8 miliarde de ani, ce corespunde cu vârsta universului observabil.
Astronomul de la Caltech, Mathew Graham, care nu este parte a echipei LIGO sau Virgo, numește evenimentul ca fiind “probabil cea mai mare explozie pe care am cunoscut-o vreodată în univers”.
Vedeţi şi: Astronomii descoperă cea mai mare explozie din istoria Universului
Fuziunea acestor găuri negre a cauzat un interes imens științific, din mai multe motive.
În primul rând, gaura neagră pe care a produs-o completează un gol imens în observațiile noastre.
Până acum, cercetătorii au descoperit găuri negre de zeci de ori mai mari ca soarele nostru şi găuri negre supermasive de la milioane până la miliarde de ori mai mari decât steaua noastră, dar niciodată nu confirmaseră una între 100 şi 100 000 de mase solare.
Vedeţi şi: Gaura neagră cu cea mai rapidă rată de creștere are un apetit enorm
Cu aproximativ 142 de mase solare, gaura neagră rezultată, GW190521, este prima vreodată găsită la acest diapazon intermediar.
“Acum noi putem stabili cazul şi spune că există găuri negre cu masă intermediară”, spune Christopher Berry (en), un membru al echipei LIGO, fizician la Universitatea Northwestern.
Dar pentru Berry şi alții, nu gaura neagră rezultată prezintă cel mai mare interes.
Adevărata surpriză este gaura neagră inițială cea mai mare din cele două ce au fuzionat, cea cu o masă de aproximativ 85 de ori mare decât a soarelui nostru — deoarece teoretic găurile cu mase în acest diapazon nu ar trebui să existe.
“Acest lucru este șocant, deoarece aici este cazul unde noi nu ne așteptăm să existe găuri negre”, a spus el.
Vedeţi şi: Cea mai apropiată gaură neagră de Pământ descoperită, “ascunsă de ochii noștri”
O gaură neagră neaşteptată
Gaura neagră cu 85 de mase solare este aşa misterioasă din cauza modului în care oamenii de știință cred că stelele masive mor.
Cu toată furia lor nucleară, stelele sunt obiecte în echilibru: Gravitatea comprimă stelele spre interior, dar în timp ce lumina părăsește nucleul în sens opus, ea împinge steaua înapoi spre exterior.
Dar stelele masive pot uneori arde atât de fierbinte la nucleu, încât acest echilibru este scos din funcțiune.
Vedeţi şi: O explozie a unei stele, la 65 ani-lumină de Pământ, a declanșat o extincție în masă pe Pământ
Particulele individuale de lumină, numite fotoni, vor prelua suficientă energie pentru a se transforma în perechi de electroni şi pozitroni (echivalenții antimateriei în cazul electronilor).
Această modificare scade temporar presiunea din nucleul soarelui, ceea ce face ca steaua să se comprime şi să se încălzească.
Teoria actuală prezice că atunci când o astfel de stea este de la aproximativ 60 până la 130 de ori mai masivă decât soarele nostru, compresia şi căldura conduc la o explozie necontrolată, numită instabilitate – pereche supernova (pair-instability supernova).
Într-un astfel de caz, steaua este atât de complet distrusă, încât resturile aruncate nu pot colapsa într-o gaură neagră.
În mod ciudat, gaura neagră mai mare din perechea din care s-a creat GW190521 “este la mijlocul diapazonului la care se aștepta o instabilitate pereche”, spune Berry (en).
În esență, nu ar trebui să fie posibil ca o stea să creeze o astfel de gaură neagră.
“Dacă dați peste o gaură neagră cu mărimi între 52 şi 133 de mase solare, ea nu ar putea fi sintetizată doar dintr-un cadavru stelar”, explică astrofizicianul teoretic al Universităţii Yale (en), Priyamvada Natarajan, un expert în găurile negre ce nu a fost implicat în studiu.
“Natura ne sugerează că sunt mai multe modalități pentru a ajunge la aceste mase de găuri negre”.
Fuziuni ostile?
Într-o lucrare însoțitoare, publicată în The Astrophysical Journals Letters, echipa LIGO-Virgo a inițiat mai multe scenarii prin care s-ar fi putut forma fuziunea — şi ciudatele găuri negre implicate.
Cea mai promițătoare idee este că cel puțin una dintre găurile negre, dacă nu amândouă, s-au format în rezultatul fuziunii a două găuri negre mai mici, un soi de găuri mult mai variat.
“Acesta este scenariul meu preferat”, spune astrofizicianul Universităţii de Stat din Pennsylvania (en), Stein Sigurdsson, ce nu a fost implicat în descoperire.
Anumite tipuri de medii cosmice ar putea face mai probabile aceste fuziuni în doi pași.
O posibilitate ce ar putea creşte șansa unui astfel de eveniment, este dacă s-ar fi întâmplat într-un disc de gaz din jurul unei găuri negre supermasive din centrul unei galaxii.
Vedeţi şi: Astronomii au descoperit o galaxie masivă cu disc rotativ în universul timpuriu
Există dovezi tentante că GW190521 ar fi putut avea loc într-un astfel de cadru.
În iunie, Graham a fost coautor al unui studiu din Physical Review Letters ce descria o sclipire de lumină în aceeași parte a cerului ca şi GW190521, la aproximativ 34 de zile după ce undele gravitaționale au zguduit Pământul.
Echipa lui Graham susținea că sclipirea s-ar fi putut forma în timp ce gaura neagră din urma fuziunii a trecut prin discul de gaz ce înconjoară o gaură neagră supermasivă, încălzind gazul suficient de tare pentru al face să strălucească.
Cu toate acestea, există neconcordanţă între noile studii şi rezultatele sclipirii: distanţa.
Studiul lui Graham identifică sclipirea într-o galaxie la aproximativ opt miliarde de ani-lumină distanţă, în timp ce rezultatele LIGO-Virgo plasează fuziunea găurii negre la distanţa de mai mult de 17 miliarde de ani-lumina.
Vedeţi şi: O imagine impresionantă dezvăluie colosalul câmp magnetic al unei galaxii îndepărtate
Graham spune că faptul că locațiile se potrivesc, este doar o coincidenţă.
“Dacă te uiţi suficient de mult la lucruri, observi că ele foarte rar se potrivesc”, a spus el (en).
Nataryan are o altă idee.
Într-un studiu în Science din 2014 (en), coautor al căruia a fost, ea a calculat că, în universul timpuriu, găurile negre mici ar putea creşte cu o viteză extraordinară sărind în mod aleator prin grupurile de stele bogate în gaze, ospătându-se pe parcurs.
Într-un viitor studiu ce reflectă această idee, ea constată că un tip potrivit de grup de stele ar putea da naștere unei perechi de găuri negre, ce ar putea fuziona, fiecare de aproximativ 50 – 75 de mase solare.
“Iată de ce eu sunt atât de entuziasmată”, a spus ea (en).
Cu toate lucrările teoretice pe care GW190521 le va declanșa cu siguranță, misterele sale vor fi rezolvate doar după ce LIGO şi Virgo vor detecta mai multe coliziuni ca acestea, potrivit oamenilor de știință.
“Doar cu un singur eveniment, poți face întotdeauna referință la circumstanțe norocoase unice”, spune Sigurdsson (en).
“Din moment ce aveți mai multe evenimente, începeți cu adevărat să scoateţi naiba din mai multe modele”.
Lasă un răspuns