Prieš milijardus metų dvi daug masyvesnės nei Saulė skylės - po 31 ir 19 saulės masių - susiliejo tolimoje galaktikoje. 2017 m. Sausio 4 d. Šios gravitacinės bangos, šviesos greičiu eidamos per Visatą, galiausiai pateko į Žemę, kur jos suspaudė ir ištempė mūsų planetą į kelis atomus. To pakako, kad du LIGO detektoriai Vašingtone ir Luizianoje paimtų signalą ir tiksliai rekonstruotų tai, kas nutiko. Trečią kartą istorijoje mes tiesiogiai stebėjome gravitacijos bangas. Tuo tarpu viso pasaulio teleskopai ir observatorijos, įskaitant esančias Žemės orbitoje, ieškojo visiškai kitokio signalo: kažkas panašaus į šviesą ar elektromagnetinę spinduliuotę, kurią galėtų skleisti šios susiliejančios juodosios skylės.
Dviejų susijungiančių juodųjų skylių, kurios masė panaši į LIGO matomą, iliustracija. Tikimasi, kad tokia sintezė turėtų sukelti labai mažai elektromagnetinių signalų, tačiau šalia tokių objektų esanti labai įkaitusi medžiaga gali tai pakeisti.
Remiantis mūsų geriausiais fizikos modeliais, sujungtos juodosios skylės visiškai neturėtų skleisti šviesos. Įvykio horizonto apsuptas didžiulis singuliarumas gali skleisti gravitacijos bangas dėl besikeičiančio erdvės-laiko kreivumo, nes jis sukasi aplink kitą milžinišką masę, o bendras reliatyvumas tai reiškia. Kadangi gravitacinė energija radiacijos pavidalu turi atsirasti iš kažkur, galutinė juodoji skylė po susijungimo bus keliomis saulės masėmis lengvesnė už ją generavusių šaltinių sumą. Tai visiškai atitinka du kitus LIGO pastebėtus susijungimus: apie 5% pradinių masių gravitacinės spinduliuotės pavidalu buvo paversti gryna energija.
Žinomų dvejetainių juodųjų skylių sistemų masės, įskaitant tris patvirtintus LIGO susijungimus ir vieną kandidatą į susijungimą
Bet jei už šių juodųjų skylių yra kažkas, pavyzdžiui, akrecijos diskas, ugniasienė, kietasis apvalkalas, difuzinis debesis ar dar kas nors, šios medžiagos pagreitis ir kaitinimas gali sukurti elektromagnetinę spinduliuotę, kuri sklinda kartu su mūsų gravitacinėmis bangomis. Po pirmojo LIGO aptikimo „Fermi“gama spindulių pliūpsnio monitorius pareiškė aptikęs didelės energijos pliūpsnį, sutampantį su gravitacinių bangų signalo laiku. Deja, ESA palydovas ne tik nepatvirtino „Fermi“rezultatų, bet ir ten dirbantys mokslininkai atrado „Fermi“atliktos jų duomenų analizės trūkumą, visiškai diskredituodami jų rezultatus.
Dviejų juodųjų skylių sujungimas menininko akimis su akrecijos disku. Medžiagos tankio ir energijos čia neturėtų būti pakankamai, kad būtų galima sukurti gama spindulius ar rentgeno spindulius, bet kas žino, ką gamta sugeba.
Antrasis susijungimas nerodė tokių elektromagnetinių signalų užuominų, tačiau tai nenuostabu: juodųjų skylių masė buvo žymiai lengvesnė, todėl bet koks jų generuojamas signalas būtų atitinkamai mažesnio dydžio. Tačiau trečiasis susijungimas taip pat buvo didelis, labiau palyginamas su pirmuoju nei su antruoju. Nors „Fermi“nieko nesakė, o ESA palydovas „Integral“taip pat tylėjo, buvo du užuominos, kad galėjo atsirasti elektromagnetinė spinduliuotė. Italijos kosmoso agentūros AGILE palydovas užfiksavo silpną, trumpalaikį žybsnį, įvykusį likus pusei sekundės iki susijungimo LIGO, o rentgeno, radijo ir optiniai stebėjimai buvo nustatyti keistai.
Jei tai būtų galima priskirti juodųjų skylių susiliejimui, būtų visiškai neįtikėtina. Mes apskritai tiek mažai žinome apie juodąsias skyles, ką galime pasakyti apie jų sujungimą. Mes niekada jų nematėme savo akimis, nors „Event Horizon“teleskopas tarsi nufotografuos iki šių metų pabaigos. Tik šiemet sužinojome, kad juodosiose skylėse nėra kietų kriauklių, supančių įvykių horizontą, tačiau šis faktas taip pat buvo statistinis. Taigi kalbant apie galimybę, kad juodosiose skylėse gali būti elektromagnetinių nuotėkių, verta laikytis atviro proto.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tolimų, masyvių kvazarų šerdyse yra supermasyvių juodųjų skylių, jų elektromagnetinius nuotėkius lengva aptikti. Bet dar nematėme, kad susiliejusios juodosios skylės (ypač tos, kurių masė maža, mažiau nei 100 saulės) skleidžia viską, ką galima aptikti.
Deja, nė vienas iš šių stebėjimų nepateikia reikiamų duomenų, leidžiančių daryti išvadą, kad susijungusios juodosios skylės elektromagnetiniame spektre gali išskirti bet ką. Apskritai yra gana sunku gauti įtikinamų įrodymų, nes net LIGO dvynių detektoriai, dirbdami neįtikėtinai tiksliai, negali tiksliai nustatyti gravitacinių bangų signalo vietos nei iki žvaigždyno ar trijų. Kadangi gravitacinės ir elektromagnetinės bangos sklinda šviesos greičiu, labai mažai tikėtina, kad tarp jų bus beveik 24 valandų vėlavimas. Be to, trumpalaikis įvykis įvyksta tokiu atstumu, kuris neleidžia jo susieti su gravitacine banga.
Observatorijos „AGILE“stebėjimo zona LIGO stebėjimų metu su galimos gravitacinių bangų šaltinio vietos išdėstymu violetiniais kontūrais
„AGILE“pastebėjimai gali užsiminti, kad vyksta kažkas įdomaus. Tuo momentu, kai buvo nustatytas gravitacinių bangų įvykis, „AGILE“buvo nukreipta į erdvės plotą, kuriame yra 36% LIGO tyrimo ploto. Pasak mokslininkų, „aptiktų rentgeno fotonų perteklius“atsirado kažkur virš įprasto vidutinio fono. Tačiau pažvelgus į duomenis, pirmasis mokslininkų klausimas yra toks: ar jie įtikinami?
Likus kelioms sekundėms iki LIGO susijungimo, jie ištraukė įdomų įvykį, pažymėtą E2 trijose aukščiau pateiktose diagramose. Atlikę išsamią analizę, kurioje jie susiejo tai, ką mato, ir kokie atsitiktiniai svyravimai gali atsirasti natūraliai, jie padarė išvadą, kad kažkas įdomaus įvyko su 99,9% tikimybe. Kitaip tariant, jie matė realų signalą, o ne atsitiktinį svyravimą. Visatoje yra daug objektų, kurie skleidžia foną sudarančią gama ir rentgeno spindulius. Bet ar incidentas gali būti susijęs su dviejų juodųjų skylių gravitaciniu susijungimu?
Kompiuterinės dviejų susiliejusių juodųjų skylių simuliacijos gravitacinių bangų generavimui. Kyla klausimas, ar šis signalas lydi kokį nors elektromagnetinį sprogimą?
Jei taip, kodėl to nematė kiti palydovai? Šiuo metu galime daryti išvadą, kad jei juodosios skylės turėjo elektromagnetinę dalį, tai:
- nepaprastai silpnas
- gimsta tik esant mažai energijos
- neturi ryškių optinių, radijo ar gama spindulių komponentų
- nevyksta kartu su gravitacinių bangų išlaisvinimu.
Dvidešimt 30 saulės masių duobes, kurias pirmą kartą nustatė LIGO, sunku susidaryti be tiesioginio griūties. Dabar, kai jie jau buvo pastebėti du kartus, paaiškėjo, kad tokios juodųjų skylių poros yra gana dažnos. Ar jie turi elektromagnetinę spinduliuotę?
Be to, viskas, ką matome, puikiai dera su tuo, kad juodųjų skylių sujungimas neturi elektromagnetinės dalies. Bet ar taip gali būti dėl to, kad neturime pakankamai duomenų? Jei sukursime daugiau gravitacinių bangų detektorių, pamatysime daugiau didelės masės juodųjų skylių susijungimų, geriau juos surasime, pamatysime daugiau praeinančių įvykių - galime sužinoti atsakymą į šį klausimą. Jei misijos ir observatorijos, kurios turėtų rinkti tokius duomenis, bus pastatytos, užsakytos ir prireikus pateks į orbitą, tai po 15 metų gausime mokslinį patvirtinimą.
ILYA KHEL