Susiliejimo, įvykusio mūsų Paukščių Tako galaktikos pakraštyje, metu susidarė juodoji skylė, maždaug 225 kartus masyvesnė už Saulę.
Tai beveik dvigubai daugiau nei ankstesnis rekordas, kurio galutinė juodoji skylė prilygo maždaug 142 saulių masėms. Naująjį susidūrimą nustatė LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) bendradarbiavimas – keturių detektorių grupė, kuri nustato kataklizminius kosminius įvykius pagal jų sukeltas gravitacines bangas.
Gravitacinės bangos – tai bangos erdvėlaikio audinyje, kurių egzistavimą pirmą kartą numatė Albertas Einsteinas, o 2015 m. patvirtino LIGO. Už novatorišką atradimą 2017 m. su tyrimais susiję fizikai pelnė Nobelio premiją.
Tačiau labiausiai mokslininkus intriguoja abiejų juodųjų skylių masės: maždaug 100 ir 140 kartų didesnės už Saulės masę. Kaip ir ankstesnio aptikimo atveju, tokio dydžio juodosios skylės patenka į „masės atotrūkį“, kuris meta iššūkį įprastinėms žinioms apie tai, kaip susiformuoja erdvėlaikio plyšiai.
Tyrėjai savo rezultatus pristatys liepos 14–18 d. Glazge (Škotija) vykstančioje 24-ojoje tarptautinėje bendrojo reliatyvumo ir gravitacijos konferencijoje (GR24) ir 16-ojoje Edoardo Amaldi konferencijoje apie gravitacines bangas.
„Manoma, kad dauguma juodųjų skylių susiformuoja mirštant žvaigždėms – jei žvaigždė yra pakankamai masyvi, ji kolapsuoja į juodąją skylę, – sako Velso Kardifo universiteto fizikos profesorius Markas Hannamas, LVK bendradarbiavimo narys. – Tačiau mūsų teorijos teigia, kad tikrai masyvių žvaigždžių kolapsas yra nestabilus, ir didžioji dalis masės išsiveržia per supernovų sprogimus, todėl juodoji skylė negali susiformuoti.“
„Tačiau nesitikima, kad juodosios skylės susiformuotų tarp maždaug 60 ir 130 kartų didesnės už Saulę masės žvaigždžių, – priduria jis. – O šiame stebėjime atrodo, kad juodosios skylės yra šios masės intervale.“
Juodosios skylės gimsta kolapsuojant milžiniškoms žvaigždėms ir didėja ryjant dujas, dulkes, žvaigždes ir kitas juodąsias skyles. Šiuo metu žinomos juodosios skylės skirstomos į dvi kategorijas: žvaigždžių masės juodosios skylės, kurių masė yra nuo kelių iki keliasdešimties kartų didesnė už Saulės masę, ir supermasyvios juodosios skylės, kurių masė nuo 100 000 iki 50 milijardų kartų didesnės už Saulės masę.
Tačiau tos, kurios patenka į šių dviejų masės intervalų tarpą, vadinamos vidutinės masės juodosiomis skylėmis, fiziškai negali susiformuoti dėl tiesioginio žvaigždžių suirimo, todėl išlieka neįtikėtinai retos. Vis dėlto buvo rasta užuominų apie jų egzistavimą, todėl astrofizikai iškėlė prielaidą, kad šios juodosios skylės išauga susijungdamos su kitomis panašaus dydžio juodosiomis skylėmis.
Tokio susijungimo įrodymai gauti 2023 m. lapkričio 23 d., kai Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorijos (LIGO) detektorius Luizianoje ir Vašingtone (JAV) užfiksavo du nedidelius erdvėlaikio iškraipymus. Abu detektoriai – kiekvienas su dviem L formos 4 kilometrų ilgio atšakomis, kuriuose yra du vienodi lazerio spinduliai – suprojektuoti taip, kad jei pro Žemę nuvilnija gravitacinė banga, lazerio šviesa viename detektoriaus ramente susispaudžia, o kitame – išsiplečia, taip sukurdama mažytį santykinio spindulių kelio ilgio pokytį.
Detektorių pasiekęs signalas buvo sudėtingas – jį skleidė dvi didelės masės juodosios skylės, kurios sparčiai sukosi. Astronomai paprastai analizuoja juodųjų skylių susijungimus modeliuodami įvairių tipų juodųjų skylių dvinarių sistemų signalus, ir tik tada juos sugretina su bet kokiu nauju pastebėtu signalu.
Tačiau, kad šis metodas būtų veiksmingas, modeliai turi būti tikslūs, o kai juodosios skylės greitai sukasi, Einsteino lygtis išspręsti sunkiau (todėl jos ne tokios tikslios).
„Panašu, kad GW231123 juodosios skylės yra labai besisukančios, o mūsų skirtingi modeliai pateikia skirtingus rezultatus, – teigia M. Hannamas. – Tai reiškia, kad nors esame tikri, jog juodosios skylės yra labai masyvios, jų mases matuojame ne itin tiksliai. Pavyzdžiui, galimos mažesnės juodosios skylės masės apima visą masės skirtumą“.
Norint gauti tikslesnius šių masių skaičiavimus, mokslininkams šiuos modelius reikės patikslinti – o tam greičiausiai prireiks daugiau panašių didelio spindžio susiliejimų stebėjimų.
Tokie aptikimai būtų tikėtini. LIGO, Virgo ir KAGRA gravitacinių bangų detektoriai nuo pirmojo ciklo pradžios 2015 m. pastebėjo 300 susiliejimų, o vien per ketvirtąjį ciklą jų aptikta 200. Tačiau LIGO, kurį finansuoja JAV Nacionalinis mokslo fondas, susiduria su Trumpo administracijos biudžeto mažinimu, dėl kurio gali būti uždarytas vienas detektorius – todėl, pasak įrenginio direktoriaus Davido Reitze'o, dabartiniai aptikimai yra „beveik neįmanomi“, rašo „Live Science“.