Nové nálezy v oblasti černých děr
Nové výsledky ukazují, že velké hmotnosti černých děr se mohou vytvářet daleko snadněji, než se dosud předpokládalo.
Co je to „zakázaná“ černá díra?
V události označené GW231123 došlo ke sloučení dvou obrovských černých děr, které se nacházely více než 2 miliardy světelných let daleko. Jedna měla hmotnost přibližně 100, druhá kolem 130 slunečních hmotností. Tyto hodnoty spadají do oblasti označované jako „hmotnostní mez“. Podle současných teorií by v této oblasti neměly vznikat černé díry, neboť takové obrovské hvězdy obvykle zanikají v silných supernovách, a po nich nezůstane žádná jádro.
Tato nová událost však prokázala existenci nikoli jedné, ale dvou takových černých děr, z nichž obě se rychle otáčely. To jasně ukázalo, že předchozí modely nejsou správné.
Když se zakřivení prostoročasu chvěje: gravitační vlny
Signál GW231123 byl detekován pomocí gravitačních vln. Gravitační vlna je jemné chvění prostoročasu, které vzniká, když kolem sebe krouží a sloučí se obrovské objekty, jako jsou černé díry. Klasická astronomická pozorování sledují světlo, zatímco detektory gravitačních vln měří deformace prostoru. Tvar signálu umožňuje určit hmotnost a rotaci kolidujících těles. Ukázalo se, že v tomto případě obě tělesa patří do „zakázané“ oblasti. Podobná měření hodně prozrazují o fungování černých děr a umožňují zkoumat Einsteinovu teorii v co nejextrémnějších podmínkách, kde zakřivení prostoročasu již zasahuje do hranic klasické fyziky.
Co ukázaly počítačové simulace?
Vědci vytvořili trojrozměrné počítačové simulace, aby pochopili, jak mohou vznikat podobné „zakázané“ černé díry. Sledovali vývoj jádra hélium o hmotnosti zhruba 250 slunečních hmotností až do jeho zhroucení. Klíčem k tomuto procesu byla rychlá rotace a silné magnetické pole. Pokud se hvězda otáčí velmi rychle, vznikne po zhroucení kolem nově vzniklé černé díry akreční disk. V tomto disku se vytvářejí silná magnetická pole, která vyhazují materiál do vesmíru.
Proto objekt nedokáže pohltil celé jádro hvězdy, zůstává s menší hmotností a dostává se do zakázané hmotnostní oblasti. Simulace také ukázaly, že magnetické pole ovlivňuje i rotaci. Silnější pole vede k pomalejší a menší černé díře, zatímco slabší pole vytváří větší a rychleji rotující objekt. Tento vzor se dobře shoduje s oběma tělesy pozorovanými v GW231123.
Jedno pravděpodobně vzniklo ze silnější hvězdy s magnetickým polem, zatímco druhé z hvězdy se slabším magnetickým polem. To vysvětluje rozdíl v hmotnosti a rotaci těchto objektů.
Proč je to důležité pro historii vesmíru?
Události jako GW231123 ukazují, že velké hmotnosti černých děr mohou vznikat snadněji, než se dosud věřilo. Pokud v raném vesmíru došlo k mnoha podobným sloučením, mohli rychle zvyšovat hmotnost superhmotných černých děr.
Dnes většina galaxií obsahuje takové obry, které silně ovlivňují vývoj svého okolí. Vědci očekávají, že budoucí detektory gravitačních vln zachytí stále více podobných párů černých děr. Pokud se vztah mezi hmotností a rotací objeví i v jiných událostech, pak GW231123 nebude ojedinělým případem.
