Αστρονόμοι καταγράφουν τη μεγαλύτερη σύγκρουση μαύρων τρυπών που έχει παρατηρηθεί ποτέ

Μια κοσμική σύγκρουση τεραστίων διαστάσεων, ικανή να ανατρέψει όσα γνωρίζουμε για τη δημιουργία και εξέλιξη των μαύρων τρυπών, κατέγραψαν πρόσφατα επιστήμονες. Το φαινόμενο, που καταγράφηκε στις 23 Νοεμβρίου 2023 και ονομάστηκε GW 231123, αφορά τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών και την παραγωγή μιας νέας, με μάζα που ξεπερνά τις 225 ηλιακές μάζες, η μεγαλύτερη που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα μέσω βαρυτικών κυμάτων.

Για λόγους σύγκρισης, η προηγούμενη πιο ογκώδης γνωστή σύγκρουση μαύρων τρυπών είχε ως αποτέλεσμα έναν ενιαίο σχηματισμό 142 φορές τη μάζα του Ήλιου. Αυτό που κάνει το GW 231123 ιδιαίτερα εντυπωσιακό δεν είναι μόνο η τελική του μάζα, αλλά και το γεγονός ότι και οι δύο μαύρες τρύπες που συμμετείχαν ήταν μεγαλύτερες από τα θεωρητικά όρια που μπορούν να προκύψουν από την κατάρρευση ενός μοναδικού άστρου. Κάτι τέτοιο υποδηλώνει ότι οι δύο αυτές κοσμικές οντότητες μπορεί να είχαν ήδη σχηματιστεί από προηγούμενες συγχωνεύσεις.

Ο Mark Hannam, αστρονόμος στο Cardiff University στο Ηνωμένο Βασίλειο, σχολιάζει πως «πρόκειται για το πιο ογκώδες δυαδικό σύστημα μαύρων τρυπών που έχουμε εντοπίσει μέχρι σήμερα μέσω βαρυτικών κυμάτων, και η ύπαρξή του αποτελεί πραγματική πρόκληση για τα μοντέλα σχηματισμού μαύρων τρυπών». Όπως εξηγεί, σύμφωνα με τις σημερινές θεωρίες για την αστρική εξέλιξη, μαύρες τρύπες αυτού του μεγέθους δεν θα έπρεπε να μπορούν να δημιουργηθούν. Μία πιθανή εξήγηση είναι πως τόσο η μία όσο και η άλλη αποτελούν προϊόντα προηγούμενων συγχωνεύσεων.

Η βαρυτική αστρονομία έγινε πρακτική το 2015, όταν ο ανιχνευτής LIGO κατέγραψε για πρώτη φορά ένα ανεπαίσθητο σήμα, τα βαρυτικά κύματα που διαδίδονται στον χωροχρόνο καθώς δύο ακραία σώματα συγχωνεύονται. Έκτοτε, LIGO, Virgo και KAGRA έχουν καταγράψει περίπου 300 τέτοια φαινόμενα από διάφορες γωνιές του Σύμπαντος, προσφέροντας ένα μοναδικό εργαλείο κατανόησης της φύσης αυτών των μυστηριωδών ουράνιων σωμάτων.

Καθώς οι μικρές μαύρες τρύπες είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευθούν μέσω παραδοσιακών μεθόδων —αφού δεν εκπέμπουν φως— η μελέτη των συγχωνεύσεών τους αποτελεί έναν από τους πιο αξιόπιστους τρόπους παρατήρησης και μελέτης τους. Μέχρι σήμερα, μεγάλο μέρος της γνώσης μας για αυτές βασιζόταν αποκλειστικά σε θεωρητικά μοντέλα.

Η επιστημονική κοινότητα γνωρίζει ότι οι «μικρές» μαύρες τρύπες (σε αντίθεση με τις υπερμεγέθεις που έχουν μάζα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου) σχηματίζονται από την κατάρρευση άστρων μέσω υπερκαινοφανών εκρήξεων. Ωστόσο, πάνω από ένα ορισμένο όριο μάζας, τα άστρα δεν σχηματίζουν μαύρες τρύπες αλλά εκρήγνυνται σε ένα φαινόμενο γνωστό ως pair-instability supernova, το οποίο καταστρέφει πλήρως τον αστρικό πυρήνα. Το ακριβές όριο αυτού του μηχανισμού δεν έχει προσδιοριστεί, αλλά υπολογίζεται μεταξύ 40 και 60 ηλιακών μαζών.

Παρόλα αυτά, ήδη από προηγούμενες παρατηρήσεις είχαμε ενδείξεις ότι ορισμένες μαύρες τρύπες υπερβαίνουν αυτό το θεωρητικό όριο. Η σύγκρουση που δημιούργησε μια μαύρη τρύπα 142 ηλιακών μαζών προήλθε από αντικείμενα 66 και 85 ηλιακών μαζών αντίστοιχα. Τώρα όμως, το GW 231123 θέτει νέα, εντυπωσιακά δεδομένα.

Επιπλέον, οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι και οι δύο μαύρες τρύπες που συμμετείχαν στο συμβάν περιστρέφονταν με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, κοντά στο θεωρητικό μέγιστο. Αυτή η ταχύτητα περιπλέκει την ανάλυση του σήματος, αλλά μπορεί να κρύβει πολύτιμες πληροφορίες για το παρελθόν τους. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι η ταχύτητα περιστροφής μιας μαύρης τρύπας μπορεί να υποδηλώνει αν προέρχεται από προηγούμενη συγχώνευση, στοιχείο που ίσως επιβεβαιώνεται με αυτήν την περίπτωση.

Η πλήρης ανάλυση του γεγονότος GW 231123 αναμένεται να διαρκέσει χρόνια, ωστόσο ήδη η ανακάλυψη έχει προκαλέσει έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον. Η περίπτωση αυτή μπορεί να προσφέρει ενδείξεις όχι μόνο για τον σχηματισμό μεμονωμένων μαύρων τρυπών, αλλά και για την εξελικτική πορεία των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, γύρω από τις οποίες περιστρέφονται ολόκληροι γαλαξίες.

Όπως δήλωσε ο φυσικός Gregorio Carullo από το University of Birmingham, «θα χρειαστούν χρόνια για να αποκωδικοποιηθεί πλήρως το περίπλοκο αυτό σήμα και οι επιπτώσεις του. Αν και η πιθανότερη εξήγηση παραμένει η συγχώνευση μαύρων τρυπών, δεν αποκλείονται πιο σύνθετα σενάρια, τα οποία μπορεί να είναι το κλειδί για την κατανόηση των αναπάντεχων χαρακτηριστικών του».

[via]