Virgo i LIGO odkrywają nową i niezwykłą populację czarnych dziur

Współprace badawcze Virgo i LIGO ogłosiły wykrycie fal grawitacyjnych z niezwykle masywnego układu dwóch czarnych dziur o masach 66 i 85 mas Słońca, które połączyły się tworząc czarną dziurę o masie około 142 mas Słońca. Utworzony w wyniku połączenia obiekt jest najbardziej masywną czarną dziurą, jaką kiedykolwiek wykryto za pomocą fal grawitacyjnych. Znajduje się ona w zakresie mas, w którym nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy czarnych dziur: ani za pomocą fal grawitacyjnych, ani obserwacji elektromagnetycznych.

Powstała w wyniku koalescencji czarna dziura jest najbardziej masywną, jaką kiedykolwiek wykryto za pomocą fal grawitacyjnych. Jej odległość jasnościowa (,,głośnościowa’’) do Ziemi jest szacowana na około 17 miliardów lat świetlnych. Sygnał fali grawitacyjnej, GW190521, został zarejestrowany 21 maja 2019 roku przez trzy detektory interferometryczne tworzące globalną sieć; detektor Virgo i dwa detektory LIGO. Dwa artykuły naukowe informujące o odkryciu i jego astrofizycznych konsekwencjach zostały opublikowane 2 września 2020 r. w Physical Review Letters i Astrophysical Journal Letters.

Pobicie rekordu masy czarnych dziur zaobserwowanych w dotychczasowych kampaniach obserwacyjnych Advanced Virgo i LIGO jest tylko jedną z kilku szczególnych cech, które świadczą o wyjątkowości tej obserwacji. Ważnym aspektem, który szczególnie zwrócił uwagę astrofizyków, jest to, że końcowa czarna dziura należy do klasy tak zwanych ,,czarnych dziur o masie pośredniej’’ (zakres wynoszący od stu do stu tysięcy mas Słońca). Zainteresowanie tą populacją czarnych dziur wiąże się z jedną z najbardziej fascynujących i trudnych zagadek stojących przed astrofizykami i kosmologami: dotyczy ona pochodzenia supermasywnych czarnych dziur. Te gigantyczne monstra, miliony a nawet miliardy razy cięższe od Słońca, zwykle znajdujące się w centrach galaktyk, mogą powstać w wyniku łączenia się mniejszych czarnych dziur o masie pośredniej. Do dziś zidentyfikowano dzięki obserwacjom elektromagnetycznym bardzo niewielu kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej, a GW190521 jest pierwszą obserwacją takiej czarnej dziury za pomocą fal grawitacyjnych.

Pełny opis odkrycia można znaleźć w materiałach prasowych EGO-Virgo – także w języku polskim! https://www.virgo-gw.eu

Udział NCBJ

Praca opisująca GW190521 jest wynikiem współpracy ponad tysiąca naukowców z całego świata zrzeszonych w konsorcjum LIGO-Virgo, w tym szesnastu z Polski. Trzech z nich pracuje w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (prof. Andrzej Królak, inż. Adam Kutynia i dr Adam Zadrożny). Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych od 2008 roku biorą aktywny udział w pracach konsorcjum LIGO-Virgo, w tym w pracach nad sygnałami pochodzącymi z rotujących gwiazd neutronowych, astronomią wielu nośników (multi-messenger astronomy) oraz nowych metod analizy danych. Narodowe Centrum Badań Jądrowych wnosi wkład w budowę europejskiego detektora fal grawitacyjnych Virgo.

Zachęta dla pasjonatów: Dla tych którzy chcieliby się pobawić danymi naukowymi LIGO-Virgo, w tym dotyczącymi sygnału GW190814, na stronie https://www.gw-openscience.org/ można znaleźć dane z detektorów oraz przewodniki jak analizować dane na własnym komputerze.

Załączone materiały graficzne:

Artystyczna interpretacja koalescencji układu podwójnego czarnych dziur odpowiedzialnego za sygnał GW190521. Czasoprzestrzeń, przedstawiona jako siatka, na którą nałożony jest obraz kosmosu, jest zniekształcona przez falę GW190521. Mniejsze turkusowe i pomarańczowe siatki reprezentują efekty „wleczenia” wywołane obrotem czarnych dziur wokół własnych osi. Oszacowane kierunki osi obrotu są oznaczone kolorowymi strzałkami. Wybrane kosmiczne tło sugeruje gromadę gwiazdową, jako jedno z możliwych miejsc, w którym mógł znajdować się układ GW190521.

Grafika / animacja: Raúl Rubio / grupa Virgo Valencia / The Virgo Collaboration

Materiał przygotował dr Adam Zadrożny (Zakład Astrofizyki NCBJ)