Odkryto „niewidzialnego olbrzyma” ukrywającego się za podwójną czarną dziurą

DNVN - Fale grawitacyjne pochodzące ze zjawiska GW190814 ujawniły ślady istnienia ukrytej w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, co rzuca nowe światło na to, w jaki sposób powstają czarne dziury podwójne.

Połączenie się dwóch czarnych dziur w pobliżu supermasywnej czarnej dziury. Źródło: SHAO

Czarne dziury podwójne są już jednym z najbardziej tajemniczych zjawisk we wszechświecie, ale naukowcy z Szanghajskiego Obserwatorium Astronomicznego (SHAO) Chińskiej Akademii Nauk odkryli niedawno dowody na to, że mogą one nie występować w pojedynkę. Niektóre układy czarnych dziur podwójnych są prawdopodobnie zdominowane przez tajemniczego „olbrzymiego towarzysza” znajdującego się w pobliżu.

Zespół badawczy pod kierownictwem dr. Wenbiao Hana z SHAO poinformował o oznakach, że zdarzenie GW190814, w wyniku którego doszło do połączenia się dwóch czarnych dziur, najprawdopodobniej nastąpiło pod wpływem grawitacji trzeciego obiektu, być może samej supermasywnej czarnej dziury.

Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters dostarczają ważnych wskazówek dotyczących rozszyfrowania pochodzenia czarnych dziur.

Zdarzenie fali grawitacyjnej wykryte przez współpracę LIGO-Virgo-KAGRA. Źródło: SHAO

Od 2015 roku współpraca LIGO-Virgo-KAGRA wykryła ponad 100 fal grawitacyjnych, pochodzących głównie z łączenia się czarnych dziur w układach podwójnych. Chociaż przyczyniły się one do zrozumienia astrofizyki, mechanizmy ich powstawania i ewolucji wciąż nie zostały w pełni wyjaśnione.

Wcześniej zespół dr. Hana zaproponował model „b-EMRI”, który opisuje scenariusz, w którym supermasywna czarna dziura „przechwytuje” czarną dziurę podwójną, tworząc układ trójwarstwowy. W tej strukturze para czarnych dziur krąży wokół supermasywnej czarnej dziury i emituje fale grawitacyjne w wielu pasmach częstotliwości. Model ten został uwzględniony w białej księdze LISA i uznany za ważny cel badań chińskich obserwatoriów fal grawitacyjnych. Od tego czasu naukowcy poszukują w danych LIGO-Virgo oznak łączenia się czarnych dziur podwójnych w pobliżu supermasywnej czarnej dziury.

Analizując dane z GW190814, naukowcy odkryli, że stosunek mas łączących się czarnych dziur wynosił prawie 10:1. Według współautora, dr. Shuchenga Yanga, ta nierównowaga prawdopodobnie sugeruje, że para była kiedyś częścią układu potrójnego, a supermasywna czarna dziura przyciągała je do siebie poprzez oddziaływania grawitacyjne. Inna hipoteza głosi, że powstały one w dysku akrecyjnym aktywnego jądra galaktyki, gdzie grawitacja gęstych obiektów doprowadziła do połączenia.

Naukowcy uważają, że jeśli układ podwójny czarnych dziur połączy się w pobliżu trzeciego gęstego obiektu, jego orbita wokół tego obiektu spowoduje przyspieszenie w linii wzroku – czyli wzdłuż linii wzroku obserwatora. To przyspieszenie zmienia częstotliwość fal grawitacyjnych poprzez efekt Dopplera, pozostawiając „odcisk palca” w sygnale.

Oszacowania parametrów dla zjawiska GW190814, w tym masy dwóch czarnych dziur (*m*~1~ i *m*~2~), separacja jasności (*d*~L~), przyspieszenie w linii widzenia (*a*) oraz wskaźnik mocy (*n*~I~). Linie przerywane oznaczają wartości medianowe i 90% przedziały ufności. Wykresy konturowe pokazują 50% i 90% przedziały ufności. Źródło: SHAO

Aby to ustalić, zespół opracował model fal grawitacyjnych, który uwzględnia przyspieszenie w linii widzenia i zastosował analizę bayesowską do kilku zdarzeń o silnych sygnałach. Wyniki pokazały, że w przypadku GW190814 model przyspieszenia w linii widzenia okazał się skuteczniejszy niż hipoteza o izolowanej podwójnej czarnej dziurze.

Szacuje się, że przyspieszenie to wynosi około 0,002 c/s-1 (90% poziom ufności, gdzie c jest prędkością światła), co daje współczynnik Bayesa na poziomie 58:1 - mocny dowód na istnienie przyspieszenia wzdłuż linii wzroku.

„To pierwszy międzynarodowy dowód na obecność trzeciego, gęstego obiektu w połączeniu dwóch czarnych dziur” – powiedział dr Han. „To odkrycie wskazuje, że podwójna czarna dziura w GW190814 może być częścią złożonego systemu, a nie powstawać niezależnie, co otwiera nowe perspektywy dotyczące mechanizmu powstawania podwójnych czarnych dziur”.

W przyszłości, gdy nowe generacje detektorów fal grawitacyjnych, takie jak Teleskop Einsteina, Cosmic Explorer czy urządzenia kosmiczne LISA, Taiji i TianQin, zaczną działać, naukowcy spodziewają się, że będą w stanie wykrywać niewielkie zmiany w sygnałach z dużą precyzją. To pomoże ludziom rozszyfrować więcej zdarzeń, takich jak GW190814, przybliżając się do wyjaśnienia powstawania i ewolucji czarnych dziur podwójnych.

La Khe (według SciTech Daily)

Source: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250