În urmă cu miliarde de ani, două găuri negre mult mai masive decât Soarele - 31 și 19 mase solare fiecare - s-au unit într-o galaxie îndepărtată. La 4 ianuarie 2017, aceste unde gravitaționale, care călătoreau prin univers cu viteza luminii, au ajuns în cele din urmă pe Pământ, unde ne-au strâns și întins planeta în mai mulți atomi. Acest lucru a fost suficient pentru ca doi detectoare LIGO din Washington și Louisiana să preia semnalul și să reconstruiască exact ceea ce s-a întâmplat. Pentru a treia oară în istorie, am observat direct unde gravitaționale. Între timp, telescoapele și observatoarele din întreaga lume, inclusiv cele de pe orbita Pământului, căutau un semnal complet diferit: ceva de genul luminii sau a radiației electromagnetice pe care aceste găuri negre care fuzionează le-ar putea emite.
O ilustrare a două găuri negre care fuzionează cu o masă comparabilă cu cele observate în LIGO. Se așteaptă ca o astfel de fuziune să producă foarte puține semnale electromagnetice, dar prezența unei substanțe puternic încălzite lângă astfel de obiecte poate schimba acest lucru.
Conform celor mai bune modele noastre de fizică, fuziunile găurilor negre nu ar trebui să emită deloc lumină. O singularitate masivă înconjurată de un orizont de evenimente poate emite unde gravitaționale datorită curburii schimbătoare a spațiului-timp, deoarece se învârte în jurul unei alte mase uriașe, iar relativitatea generală implică acest lucru. Deoarece energia gravitațională sub formă de radiație trebuie să provină de undeva, gaura neagră finală după fuziune va fi cu câteva mase solare mai ușoare decât suma surselor care au generat-o. Acest lucru este complet în concordanță cu alte două fuziuni observate de LIGO: aproximativ 5% din masele originale au fost transformate în energie pură sub formă de radiații gravitaționale.
Masele sistemelor binare cunoscute de gauri negre, inclusiv trei fuziuni LIGO confirmate și un candidat la fuziune
Dar dacă există ceva în afara acestor găuri negre, cum ar fi un disc de acumulare, un paravan de protecție, o carcasă dură, un nor difuz sau orice altceva, accelerația și încălzirea acestui material pot crea radiații electromagnetice care se deplasează împreună cu undele noastre gravitaționale. După prima detectare LIGO, monitorul Fermi Gamma-ray Burst a declarat că a detectat o explozie de energie ridicată care coincide cu timpul semnalului undei gravitaționale. Din păcate, satelitul ESA nu numai că nu a reușit să confirme rezultatele lui Fermi, dar oamenii de știință care lucrează acolo au descoperit un defect în analiza lui Fermi a datelor lor, discreditându-le complet rezultatele.
Fuziunea a două găuri negre prin ochii unui artist, cu un disc de acumulare. Densitatea și energia materiei nu ar trebui să fie suficiente aici pentru a crea raze gamma sau explozii de raze X, dar cine știe de ce este capabilă natura.
A doua fuziune nu a arătat astfel de indicii de semnale electromagnetice, dar acest lucru nu este surprinzător: găurile negre au fost semnificativ mai ușoare în masă, astfel încât orice semnal pe care l-ar genera ar fi în mod corespunzător mai mic în magnitudine. Dar a treia fuziune a fost, de asemenea, mare ca masă, mai comparabilă cu prima decât cu a doua. Deși Fermi nu a spus nimic, iar satelitul Integral al ESA a rămas și el tăcut, au existat două indicii că s-ar fi putut produce radiații electromagnetice. Satelitul AGILE al Agenției Spațiale Italiene a înregistrat o erupție slabă, de scurtă durată, care a avut loc cu o jumătate de secundă înainte de fuziunea la LIGO, iar observațiile cu raze X, radio și optice combinate au fost identificate în mod ciudat.
Dacă oricare dintre acestea ar putea fi atribuit fuziunii găurilor negre, ar fi complet incredibil. Știm atât de puțin despre găurile negre în general, ce putem spune despre îmbinarea celor. Nu le-am văzut niciodată cu ochii noștri, deși Event Horizon Telescope va face o fotografie înainte de sfârșitul acestui an. Am aflat chiar anul acesta că găurile negre nu au cochilii dure care înconjoară orizontul evenimentelor, dar acest fapt a fost și statistic. Deci, atunci când vine vorba de posibilitatea ca găurile negre să aibă scurgeri electromagnetice, merită să aveți o minte deschisă.
Video promotional:
Quasarii îndepărtați și masivi prezintă găuri negre supermasive în nucleele lor, iar scurgerile lor electromagnetice sunt ușor de detectat. Dar nu am văzut încă fuziunile găurilor negre (în special cele cu mase mici, mai puțin de 100 de sori) emit ceva ce poate fi detectat.
Din păcate, niciuna dintre aceste observații nu oferă datele necesare pentru a ne determina să concluzionăm că îmbinarea găurilor negre poate emite ceva în spectrul electromagnetic. În general, este destul de dificil să obțineți dovezi convingătoare, deoarece chiar și detectoarele gemene LIGO, care funcționează cu o precizie incredibilă, nu pot identifica locația semnalului undei gravitaționale cu mai multă precizie decât până la o constelație sau trei. Deoarece undele gravitaționale și undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii, este extrem de puțin probabil ca între cele două să existe o întârziere de aproape 24 de ore. În plus, evenimentul tranzitor are loc la o distanță care nu permite asocierea acestuia cu o undă gravitațională.
Zona de observare a observatorului AGILE în momentul observațiilor LIGO cu posibila localizare a sursei de undă gravitațională prezentată în contururile violet
Observațiile AGILE ar putea sugera că se întâmplă ceva interesant. În momentul în care a fost detectat evenimentul undei gravitaționale, AGILE a vizat o zonă de spațiu care conține 36% din aria de studiu LIGO. Potrivit oamenilor de știință, „excesul de fotoni cu raze X detectați” a apărut undeva deasupra mediului obișnuit. Dar uitându-ne la date, prima întrebare pe care oamenii de știință o pun este: Cât de convingătoare este?
Cu câteva secunde înainte de fuziunea LIGO, au scos un eveniment interesant, etichetat E2 în cele trei grafice de mai sus. După o analiză aprofundată în care au corelat ceea ce văd și ce fel de fluctuații aleatorii pot apărea în mod natural, au ajuns la concluzia că s-a întâmplat ceva interesant cu o probabilitate de 99,9%. Cu alte cuvinte, au văzut un semnal real, nu o fluctuație aleatorie. Există multe obiecte în Univers care emit raze gamma și X care alcătuiesc fundalul. Dar incidentul poate fi legat de fuziunea gravitațională a două găuri negre?
Simulări pe computer a două găuri negre care fuzionează cu producția de unde gravitaționale. Întrebarea este, însoțește acest semnal vreo explozie electromagnetică?
Dacă da, de ce nu l-au văzut ceilalți sateliți? În acest moment, putem concluziona că dacă găurile negre ar avea o parte electromagnetică, aceasta:
- foarte slab
- se naște doar la energii scăzute
- nu are componente optice luminoase, radio sau gamma
- nu apare simultan cu eliberarea undelor gravitaționale.
Găurile negre binare de 30 de mase solare, înregistrate pentru prima dată de LIGO, sunt dificil de format fără colaps direct. Acum, când au fost deja observate de două ori, a devenit clar că astfel de perechi de găuri negre sunt destul de comune. Au radiații electromagnetice?
În plus, tot ceea ce vedem se potrivește perfect cu faptul că fuziunile găurilor negre nu au o parte electromagnetică. Dar ar putea fi acest lucru pentru că nu avem suficiente date? Dacă construim mai mulți detectoare de unde gravitaționale, vedem mai multe fuziuni de găuri negre cu masă mare, le localizăm mai bine, vedem mai multe evenimente tranzitorii - putem afla răspunsul la această întrebare. Dacă misiunile și observatoarele care ar trebui să colecteze astfel de date sunt construite, comandate și puse pe orbită, dacă este necesar, atunci în 15 ani vom primi o confirmare științifică.
ILYA KHEL
