Παρατηρήθηκαν δύο «νεογέννητες» μαύρες τρύπες και φαινόμενο που δεν έχει ξαναδεί η επιστήμη

Οι επιστήμονες κατάφεραν να «ακούσουν» τη γέννηση δύο μαύρων τρυπών που σχηματίστηκαν τη στιγμή που οι «γονείς» τους συγκρούστηκαν και ενώθηκαν, απελευθερώνοντας κύματα βαρύτητας που ταξίδεψαν μέσα στον χωροχρόνο. Και σε μία από αυτές τις συγκρούσεις, οι ερευνητές εντόπισαν ένα φαινόμενο που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ ξανά.

Οι αστρονόμοι ανίχνευσαν τα σήματα αυτών των συγκρούσεων μέσω των παρατηρητηρίων LIGO, Virgo και KAGRA, των πλέον προηγμένων οργάνων στον κόσμο για την καταγραφή βαρυτικών κυμάτων, δηλαδή μικροσκοπικών παραμορφώσεων του χωροχρόνου που προκαλούνται από ακραία κοσμικά γεγονότα.

Η πρώτη ανίχνευση, με την ονομασία GW241011, καταγράφηκε στις 11 Οκτωβρίου 2024. Ήταν το αποτέλεσμα της σύγκρουσης μιας μαύρης τρύπας 17 ηλιακών μαζών με μια μικρότερη των 7 ηλιακών μαζών, περίπου 700 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι η μεγαλύτερη από τις δύο είναι μία από τις ταχύτερα περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ.

Λιγότερο από έναν μήνα αργότερα, στις 11 Νοεμβρίου 2024, τα ίδια ανιχνευτικά όργανα κατέγραψαν ένα δεύτερο σήμα, GW241110, από ένα ακόμα πιο βίαιο γεγονός: τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών 16 και 8 ηλιακών μαζών, σε απόσταση 2,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Το εντυπωσιακό σε αυτήν τη δεύτερη περίπτωση ήταν πως η μία μαύρη τρύπα περιστρεφόταν προς την αντίθετη κατεύθυνση από την τροχιά της γύρω από την άλλη, κάτι που δεν είχε ξαναεντοπιστεί ποτέ σε σύστημα δυαδικών μαύρων τρυπών.

Τα ευρήματα αυτών των δύο γεγονότων υποδεικνύουν την ύπαρξη λεγόμενων «μαύρων τρυπών δεύτερης γενιάς». Σύμφωνα με τους ερευνητές, η σημαντική διαφορά στη μάζα μεταξύ των δύο σωμάτων σε κάθε σύγκρουση υποδηλώνει ότι τουλάχιστον μία από τις μαύρες τρύπες είχε ήδη προκύψει από προηγούμενη συγχώνευση. Αυτού του είδους η διαδικασία, όπου μια μαύρη τρύπα μεγαλώνει απορροφώντας άλλες, είναι γνωστή ως «ιεραρχική συγχώνευση» και πιστεύεται ότι συμβαίνει σε πυκνά αστρικά περιβάλλοντα, όπως σφαιρωτά σμήνη.

Ο Stephen Fairhurst, εκπρόσωπος της συνεργασίας LIGO και καθηγητής στο Cardiff University, δήλωσε πως οι δύο αυτές ανιχνεύσεις είναι «ανάμεσα στα πιο συναρπαστικά γεγονότα που έχει καταγράψει ποτέ το δίκτυο LIGO-Virgo-KAGRA». Και οι δύο, είπε, προσφέρουν «πειστικά στοιχεία ότι ορισμένες μαύρες τρύπες γεννιούνται από προηγούμενες συγχωνεύσεις».

Για τους αστροφυσικούς, κάθε νέα ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων λειτουργεί σαν ένα πείραμα σε κοσμική κλίμακα. Μέσα από αυτά τα σήματα μπορούν να ελέγξουν θεωρίες φυσικής υπό ακραίες συνθήκες, πολύ πέρα από όσα μπορούν να δημιουργήσουν στη Γη.

Στην περίπτωση του GW241011, η εξαιρετικά γρήγορη περιστροφή της μεγαλύτερης μαύρης τρύπας άφησε ένα χαρακτηριστικό αποτύπωμα στο σήμα των βαρυτικών κυμάτων, επιτρέποντας στους επιστήμονες να δοκιμάσουν τα όρια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι το φαινόμενο ευθυγραμμίζεται με τη θεωρητική λύση του φυσικού Roy Kerr, που περιγράφει τη γεωμετρία του χωροχρόνου γύρω από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Με απλά λόγια, η φύση επιβεβαίωσε ξανά τον Einstein, αυτή τη φορά υπό συνθήκες που αγγίζουν τα όρια της Φυσικής.

Το συγκεκριμένο σήμα αποκάλυψε επίσης για τρίτη φορά στην ιστορία της επιστήμης μια «ανώτερη αρμονία» – μια δευτερεύουσα δόνηση στο κύμα, παρόμοια με τους αρμονικούς ήχους που παράγει ένα μουσικό όργανο. Αυτή η λεπτή λεπτομέρεια βοηθά τους ερευνητές να «διαβάζουν» ακόμη πιο καθαρά την ιστορία που κρύβεται πίσω από κάθε συγχώνευση.

Η συνεργασία LIGO-Virgo-KAGRA πιστεύει ότι τέτοιου είδους σήματα μπορεί να κρύβουν ενδείξεις για φυσικά φαινόμενα που δεν περιγράφονται από τη θεωρία της σχετικότητας, ένα όνειρο δεκαετιών για τους φυσικούς. Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες προεκτάσεις αφορά τη Σωματιδιακή Φυσική.

Οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να λειτουργήσουν σαν ανιχνευτές για τα λεγόμενα «υπερελαφριά μποζόνια», θεωρητικά σωματίδια που δεν ανήκουν στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής. Αν υπάρχουν, αυτά τα σωματίδια θα απορροφούσαν μέρος της περιστροφικής ενέργειας μιας μαύρης τρύπας, επιβραδύνοντάς τη. Ωστόσο, το γεγονός ότι η μαύρη τρύπα του GW241011 εξακολουθεί να περιστρέφεται με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα, ακόμα και εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία της, φαίνεται να αποκλείει ένα μεγάλο εύρος πιθανών μαζών για αυτά τα υποθετικά σωματίδια.

[source]