Prije milijarde godina, dvije su se crne rupe mnogo masivnije od Sunca - po 31 i 19 sunčevih masa - stopile u dalekoj galaksiji. Dana 4. siječnja 2017. godine, ovi gravitacijski valovi, putujući Svemirom brzinom svjetlosti, napokon su stigli do Zemlje, gdje su stisnuli i razvukli naš planet u nekoliko atoma. To je bilo dovoljno za dva LIGO detektora u Washingtonu DC i Louisiani da pokupe signal i rekonstruiraju točno ono što se dogodilo. Po treći put u povijesti izravno smo promatrali gravitacijske valove. U međuvremenu su teleskopi i zvjezdarnice širom svijeta, uključujući one u Zemljinoj orbiti, tragali za sasvim drugim signalom: nečim poput svjetlosti ili elektromagnetskog zračenja koje bi ove crne rupe koje se spajaju mogle emitirati.
Ilustracija dviju crnih rupa koje se spajaju usporedive mase s onima viđenim na LIGO-u. Očekuje se da bi takva fuzija trebala proizvesti vrlo malo elektromagnetskih signala, ali prisutnost jako zagrijane tvari u blizini takvih predmeta može to promijeniti.
Prema našim najboljim modelima fizike, spajanje crnih rupa uopće ne bi trebalo emitirati svjetlost. Masivna singularnost okružena horizontom događaja može emitirati gravitacijske valove uslijed promjene zakrivljenosti prostora-vremena, jer se okreće oko druge divovske mase, a opća relativnost to podrazumijeva. Budući da gravitacijska energija u obliku zračenja mora dolaziti odnekud, konačna crna rupa nakon spajanja bit će nekoliko solarnih masa lakša od zbroja izvora koji su je generirali. To je u potpunosti u skladu s dvije druge spajanja koja je LIGO primijetio: oko 5% izvornih masa pretvoreno je u čistu energiju u obliku gravitacijskog zračenja.
Masa poznatih binarnih sustava crnih rupa, uključujući tri potvrđena spajanja LIGO i jednog kandidata za spajanje
Ali ako postoji nešto izvan ovih crnih rupa, poput akrecijskog diska, vatrozida, tvrde ljuske, difuznog oblaka ili bilo čega drugog, ubrzanje i zagrijavanje ovog materijala može stvoriti elektromagnetsko zračenje koje putuje zajedno s našim gravitacijskim valovima. Nakon prvog otkrivanja LIGO-a, Fermi monitor praska gama-zraka izjavio je da je otkrio rafal visoke energije koji se podudara s vremenom gravitacijskog vala. Nažalost, ESA-in satelit ne samo da nije potvrdio Fermijeve rezultate, već su znanstvenici koji su tamo radili otkrili nedostatak u Fermijevoj analizi svojih podataka, potpuno diskreditirajući njihove rezultate.
Spajanje dviju crnih rupa očima umjetnika, s akrecijskim diskom. Gustoća i energija materije ovdje ne bi trebale biti dovoljne za stvaranje gama zraka ili rafalnih zračenja, ali tko zna za što je priroda sposobna.
Drugo spajanje nije pokazalo takve naznake elektromagnetskih signala, ali to ne čudi: crne rupe bile su znatno lakše mase, pa bi svaki signal koji su generirale bio odgovarajuće niže veličine. Ali i treće spajanje bilo je veliko po masi, usporedivije s prvim nego s drugim. Iako Fermi nije rekao ništa, a ESA-in satelit Integral također je ostao nijem, postojala su dva nagovještaja da je moglo doći do elektromagnetskog zračenja. Satelit talijanske svemirske agencije AGILE zabilježio je slabu kratkotrajnu baklju koja se dogodila pola sekunde prije spajanja u LIGO, a rendgenska, radio i optička promatranja zajedno čudno su identificirana.
Kad bi se išta od ovoga moglo pripisati spajanju crnih rupa, bilo bi potpuno nevjerojatno. O crnim rupama općenito znamo tako malo, što reći o spajanju rupa. Nikad ih nismo vidjeli vlastitim očima, iako će se teleskop Event Horizon nekako fotografirati prije kraja ove godine. Upravo smo ove godine otkrili da crne rupe nemaju tvrde ljuske koje okružuju horizont događaja, ali ta je činjenica bila i statistička. Dakle, kada je riječ o mogućnosti da crne rupe prouzrokuju elektromagnetsko curenje, vrijedi držati svoj um otvorenim.
Promotivni video:
Udaljeni, masivni kvazari u svojim jezgrama pokazuju supermasivne crne rupe, a njihovo elektromagnetsko curenje lako je otkriti. Ali još nismo vidjeli spajanje crnih rupa (posebno onih s malim masama, manje od 100 sunca) koje emitiraju bilo što što se može otkriti.
Nažalost, niti jedno od ovih promatranja ne pruža potrebne podatke koji bi nas doveli do zaključka da spajanje crnih rupa može emitirati bilo što u elektromagnetskom spektru. Općenito je prilično teško dobiti uvjerljive dokaze, jer ni dvostruki LIGO detektori, koji rade s nevjerojatnom točnošću, ne mogu točno odrediti mjesto signala gravitacijskog vala više nego do konstelacije ili tri. Budući da gravitacijski valovi i elektromagnetski valovi putuju brzinom svjetlosti, krajnje je malo vjerojatno da će doći do gotovo 24-satnog kašnjenja između njih. Uz to, privremeni događaj događa se na udaljenosti koja ne dopušta da bude povezan s gravitacijskim valom.
Područje promatranja zvjezdarnice AGILE u vrijeme LIGO promatranja s mogućim smještajem izvora gravitacijskog vala prikazan u ljubičastim obrisima
AGILE-ova zapažanja mogla bi potencijalno nagovijestiti da se događa nešto zanimljivo. U trenutku kada je otkriven događaj gravitacijskog vala, AGILE je usmjeren na područje prostora koje sadrži 36% područja ispitivanja LIGO. Prema znanstvenicima, "višak otkrivenih rendgenskih fotona" pojavio se negdje iznad uobičajene prosječne pozadine. No, gledajući podatke, prvo pitanje koje znanstvenici postavljaju jest: Koliko su uvjerljivi?
Nekoliko sekundi prije spajanja LIGO izvukli su zanimljiv događaj s oznakom E2 na gornjim trima kartama. Nakon temeljite analize u kojoj su uspoređivali ono što vide i kakve se slučajne fluktuacije mogu prirodno dogoditi, zaključili su da se dogodilo nešto zanimljivo s vjerojatnošću od 99,9%. Drugim riječima, vidjeli su stvarni signal, a ne slučajnu fluktuaciju. U Svemiru postoji mnogo objekata koji emitiraju gama i X-zrake koje čine pozadinu. No, može li se incident povezati s gravitacijskim spajanjem dviju crnih rupa?
Računalne simulacije dviju crnih rupa koje se spajaju proizvodnjom gravitacijskih valova. Pitanje je, prati li ovaj signal neki elektromagnetski prasak?
Ako da, zašto ga ostali sateliti nisu vidjeli? Trenutno možemo zaključiti da ako su crne rupe imale elektromagnetski dio, ona:
- izuzetno slabo
- rađa se samo pri niskim energijama
- nema svijetlu optičku, radio ili gama-komponentu
- ne događa se istodobno s oslobađanjem gravitacijskih valova.
Binarne crne rupe od 30 solarnih masa, koje je prvi zabilježio LIGO, teško je stvoriti bez izravnog kolapsa. Sad, kad su ih već dva puta promatrali, postalo je jasno da su takvi parovi crnih rupa prilično česti. Imaju li elektromagnetsko zračenje?
Uz to, sve što vidimo savršeno se uklapa s činjenicom da se crne rupe koje se spajaju nemaju elektromagnetski dio. Ali bi li to moglo biti zato što nemamo dovoljno podataka? Ako izgradimo više detektora gravitacijskog vala, vidimo više spajanja crnih rupa velike mase, bolje ih lociramo, vidimo prolaznije događaje - možemo saznati odgovor na to pitanje. Ako se misije i zvjezdarnice koje bi trebale prikupljati takve podatke grade, naručuju i izvode u orbitu, ako je potrebno, tada ćemo za 15 godina dobiti znanstvenu potvrdu.
ILYA KHEL
