Οι επιστήμονες εντόπισαν κυματισμούς στον χωροχρόνο από τη βίαιη σύγκρουση δύο τεράστιων μαύρων τρυπών που σπειροειδώς συγκρούστηκαν η μία με την άλλη πολύ πέρα από την μακρινή άκρη του Γαλαξία μας.
Οι μαύρες τρύπες, η καθεμία με μάζα μεγαλύτερη από 100 φορές τη μάζα του Ήλιου, άρχισαν να περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη πριν από πολύ καιρό και τελικά συγκρούστηκαν μεταξύ τους σχηματίζοντας μια ακόμη πιο ογκώδη μαύρη τρύπα, περίπου 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.
Το συμβάν είναι η πιο μαζική συγχώνευση μαύρης τρύπας που έχει καταγραφεί ποτέ από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων και έχει αναγκάσει τους φυσικούς να επανεξετάσουν τα μοντέλα τους για το πώς σχηματίζονται τα τεράστια αντικείμενα. Το σήμα για τη σύγκρουση καταγράφηκε όταν έφτασε στους ανιχνευτές στη Γη, οι οποίοι είναι αρκετά ευαίσθητοι ώστε να ανιχνεύουν κραδασμούς στον χωροχρόνο χιλιάδες φορές μικρότερους από το πλάτος ενός πρωτονίου.
«Αυτά είναι τα πιο βίαια γεγονότα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στο σύμπαν, αλλά όταν τα σήματα φτάνουν στη Γη, είναι τα πιο αδύναμα φαινόμενα που μπορούμε να μετρήσουμε», δήλωσε ο καθηγητής Μαρκ Χάναμ, επικεφαλής του Ινστιτούτου Εξερεύνησης της Βαρύτητας στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ. «Μέχρι τη στιγμή που αυτά τα κύματα φτάνουν στη Γη, είναι μικροσκοπικά».
Τα στοιχεία για τη σύγκρουση της μαύρης τρύπας έφτασαν λίγο πριν τις 2 μ.μ. ώρα Ηνωμένου Βασιλείου στις 23 Νοεμβρίου 2023, όταν δύο ανιχνευτές με έδρα τις ΗΠΑ στην Ουάσινγκτον και τη Λουιζιάνα, που λειτουργούσαν από το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Λέιζερ (Ligo), ενεργοποιήθηκαν ταυτόχρονα.
Ο ξαφνικός σπασμός στον χωροχρόνο προκάλεσε τους ανιχνευτές να τεντωθούν και να συμπιεστούν για ένα δέκατο του δευτερολέπτου, μια φευγαλέα στιγμή που κατέγραψε τη λεγόμενη φάση ringdown καθώς οι συγχωνευμένες μαύρες τρύπες σχημάτιζαν μια νέα που «χτύπησε» πριν κατακαθίσει.
Η ανάλυση του σήματος αποκάλυψε ότι οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες είχαν 103 και 137 φορές τη μάζα του Ήλιου και περιστρέφονταν περίπου 400.000 φορές πιο γρήγορα από τη Γη, κοντά στο θεωρητικό όριο για τα αντικείμενα.
«Αυτές είναι οι υψηλότερες μάζες μαύρων τρυπών που έχουμε μετρήσει με βεβαιότητα με βαρυτικά κύματα», δήλωσε ο Χάνμαν, μέλος της επιστημονικής συνεργασίας Ligo. «Και είναι παράξενες, επειδή βρίσκονται στο εύρος των μαζών όπου, λόγω κάθε είδους περίεργων πραγμάτων που συμβαίνουν, δεν περιμένουμε να σχηματιστούν μαύρες τρύπες».
Οι περισσότερες μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν τα τεράστια αστέρια ξεμένουν από πυρηνικά καύσιμα και καταρρέουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους. Τα απίστευτα πυκνά αντικείμενα παραμορφώνουν τον χωροχρόνο τόσο πολύ που δημιουργούν έναν ορίζοντα γεγονότων, ένα όριο μέσα στο οποίο ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει.
Οι φυσικοί στο Ligo υποψιάζονται ότι οι μαύρες τρύπες που συγχωνεύτηκαν ήταν οι ίδιες προϊόντα προηγούμενων συγχωνεύσεων. Αυτό θα εξηγούσε πώς έγιναν τόσο ογκώδεις και γιατί περιστρέφονταν τόσο γρήγορα, καθώς οι συγχωνευόμενες μαύρες τρύπες τείνουν να προσδίδουν περιστροφή στο αντικείμενο που δημιουργούν.
Οι επιστήμονες έχουν ανιχνεύσει περίπου 300 συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών από τα βαρυτικά κύματα που παράγουν. Μέχρι τώρα, η πιο μαζική γνωστή συγχώνευση παρήγαγε μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 140 φορές τη μάζα του ήλιου. Η τελευταία συγχώνευση παρήγαγε μια μαύρη τρύπα με μάζα έως και 265 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο. Λεπτομέρειες θα παρουσιαστούν τη Δευτέρα στη συνάντηση GR-Amaldi στη Γλασκώβη.
Πριν από την κατασκευή των πρώτων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων τη δεκαετία του 1990, οι επιστήμονες μπορούσαν να παρατηρήσουν το σύμπαν μόνο μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως το ορατό φως, το υπέρυθρο και τα ραδιοκύματα. Τα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων παρέχουν μια νέα εικόνα του σύμπαντος, επιτρέποντας στους ερευνητές να δουν γεγονότα που διαφορετικά τους ήταν κρυμμένα.
«Συνήθως, αυτό που συμβαίνει στην επιστήμη είναι ότι, όταν κοιτάς το σύμπαν με διαφορετικό τρόπο, ανακαλύπτεις πράγματα που δεν περίμενες και ολόκληρη η εικόνα σου μεταμορφώνεται», είπε ο Χάναμ. «Οι ανιχνευτές που έχουμε σχεδιάσει για τα επόμενα 10 έως 15 χρόνια θα είναι σε θέση να δουν όλες τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών στο σύμπαν, και ίσως κάποιες εκπλήξεις που δεν περιμέναμε».
