Η τελευταία σύγκρουση μαύρης τρύπας έρχεται με μια συστροφή
Για άλλη μια φορά, μια ριπή βαρυτικών κυμάτων που προέρχονται από τη μακρινή σύγκρουση των μαύρων τρυπών έχει γαργαλήσει τα όργανα του Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Advanced LIGO), ανεβάζοντας τον αριθμό των οριστικών ανιχνεύσεων βαρυτικών κυμάτων σε τρεις. Το νέο σήμα, εντοπίστηκε τον Ιανουάριο και αναφέρθηκε σήμερα στο Physical Review Letters , εμβαθύνει το αίνιγμα για το πώς οι μαύρες τρύπες συγκρούονται.
Πριν ενεργοποιηθεί το Advanced LIGO το φθινόπωρο του 2015 και ανιχνεύσει σχεδόν αμέσως βαρυτικά κύματα από μια συγχώνευση μαύρης τρύπας, κανείς δεν ήξερε αν θα έβλεπε συγχώνευση μαύρων οπών, συγχώνευση άστρων νετρονίων, μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται με αστέρια νετρονίων ή κανένα από τα παραπάνω. (Όπως ανακάλυψε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πριν από έναν αιώνα, απαιτούνται ζεύγη πυκνών, σφιχτά σε τροχιά αντικειμένων για να δημιουργήσουν κυματισμούς στο ύφασμα του χωροχρόνου ή βαρυτικών κυμάτων.) Αλλά τα τρία σήματα που εντοπίστηκαν από το LIGO μέχρι στιγμής προέρχονται όλα από τη συγχώνευση του μαύρου τρύπες, που υποδηλώνουν ζεύγη από αυτά τα υπερπυκνά, αόρατα αντικείμενα κατοικούν άφθονα το σύμπαν.
Οι αστρονόμοι από τότε παλεύουν δυναμικά να καταλάβουν πώς οι μαύρες τρύπες (οι οποίες, ως επί το πλείστον, είναι υπολείμματα αστεριών που έχουν καταρρεύσει) μπορούν να πλησιάσουν τόσο κοντά η μία στην άλλη, χωρίς να έχουν βρεθεί αρκετά κοντά ώστε να έχουν συγχωνευθεί κατά τη διάρκεια της αστρικής τους ζωής. Είναι ένα παζλ που ανάγκασε τους ειδικούς να σκεφτούν εκ νέου πολλές πτυχές των αστεριών.
Τώρα θα πρέπει να σκεφτούν ακόμη περισσότερο.
Η εκτίμηση της ομάδας LIGO για την αφθονία των συγχωνεύσεων μαύρων οπών στο σύμπαν, με βάση τις δύο πρώτες ανιχνεύσεις της, ευνόησε ένα από τα δύο ανταγωνιστικά σενάρια για το πώς τα αστέρια θα μπορούσαν να καταλήξουν να συγκρούονται ως μαύρες τρύπες:Το «κοινό περίβλημα» και το «χημικά ομοιογενές Και τα δύο σενάρια περιλαμβάνουν ζεύγη αστεριών μεγάλης μάζας που σχηματίζονται το ένα κοντά στο άλλο στην κατά τα άλλα άδεια έκταση του διαστήματος, καταρρέουν βαρυτικά σε μαύρες τρύπες και συγκρούονται. Οι μέθοδοι διαφέρουν ως προς τις λεπτομέρειες τους, αλλά και οι δύο είναι θεωρητικά ικανές να παράγουν αρκετές συγχωνεύσεις μαύρης τρύπας για να λάβουν υπόψη τα σήματα του Advanced LIGO. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι πιθανό ένα σενάριο να είναι κυρίαρχο στο σύμπαν και να αντιπροσωπεύει σχεδόν όλα τα παρατηρούμενα γεγονότα, καθώς θα ήταν περίεργο πολλά σενάρια να παράγουν ίσο αριθμό γεγονότων σε μια λεπτομερή ισορροπία.
Εν τω μεταξύ, το υψηλό ποσοστό των συγχωνεύσεων δεν ευνόησε ένα τρίτο σενάριο που ονομάζεται «δυναμικός σχηματισμός», το οποίο έχει τις μαύρες τρύπες να σχηματίζονται μακριά η μία από την άλλη μέσα σε ένα πυκνό αστρικό σμήνος. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, με την πάροδο του χρόνου, οι μαύρες τρύπες βυθίζονται στο κέντρο του σμήνος, διαταράσσοντας η μία τις τροχιές της άλλης με περίπλοκους τρόπους και, περιστασιακά, εισέρχονται σε αρκετά σφιχτές τροχιές ώστε να συγκρουστούν. Λαμβάνοντας υπόψη τη σχετική σπανιότητα των αστρικών σμηνών και τις δυναμικές συγκρούσεις, το αναμενόμενο ποσοστό που σχετίζεται με αυτό το σενάριο φαινόταν πολύ χαμηλό για να ληφθούν υπόψη τα δεδομένα του Advanced LIGO.
Εκεί έρχεται το νέο σήμα βαρυτικών κυμάτων. Προήλθε από μαύρες τρύπες βάρους 31 φορές και 19 φορές μεγαλύτερης της μάζας του ήλιου που συγχωνεύτηκαν περίπου 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Το σήμα υποδεικνύει επίσης ότι τουλάχιστον μία από τις μαύρες τρύπες μπορεί να περιστρεφόταν προς μια κατεύθυνση που δεν ήταν ευθυγραμμισμένη με τον κοινό άξονα περιστροφής του ζεύγους. Οι μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν και εξελίχθηκαν από ένα στενό ζεύγος αστεριών -όπως στα σενάρια κοινού φακέλου και χημικά ομοιογενών- θα περιστρέφονταν προς την ίδια κατεύθυνση με τον κοινό τους άξονα (εάν καθόλου), έτσι οι λανθασμένες περιστροφές θα δυσνόησαν αυτά τα σενάρια και ευνοούν τον δυναμικό σχηματισμό σε ένα αστρικό σμήνος, το οποίο δεν απαιτεί καμία σύνδεση μεταξύ των περιστροφών των μαύρων οπών.
Η μέτρηση του σπιν είναι δύσκολο να γίνει και φέρει κάποια αβεβαιότητα - είναι εντός του περιθωρίου σφάλματος ότι οι μαύρες τρύπες δεν περιστρέφονταν καθόλου. «Θα χρειαστούμε περισσότερα γεγονότα για να μπορέσουμε να ξεμπερδέψουμε στατιστικά αυτό που συμβαίνει», είπε ο Daniel Holz, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και μέλος του LIGO που έχει εργαστεί στο σενάριο του κοινού φακέλου. «Αν αποδειχθεί ότι υπάρχει σημαντική υποστήριξη για υψηλές κακώς ευθυγραμμισμένες περιστροφές, τότε όντως αντιμετωπίζουμε ένα αίνιγμα», είπε. "Το μοντέλο του cluster θα ευνοηθεί, αλλά δεν είναι εύκολο να παράγει τα ποσοστά που βλέπουμε."
Ο Ντάνκαν Μπράουν, μέλος του LIGO και καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών, είπε στο Quanta ότι μπορεί να είναι δυνατό μετά από όλα πολλά σενάρια να παράγουν συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Περιμένει όμως περισσότερα στατιστικά. «Καθώς η ευαισθησία του LIGO βελτιώνεται - εξακολουθούμε να απέχουμε κατά τρεις φορές από την ευαισθησία σχεδιασμού - και καθώς βλέπουμε περισσότερα σήματα, θα κατανοούμε πολύ καλύτερα τις περιστροφές του πληθυσμού της μαύρης τρύπας. [Το νέο σήμα] περιέχει υποδείξεις για κάτι ενδιαφέρον, αλλά αυτή τη στιγμή ανυπομονώ για μελλοντικές ανιχνεύσεις πριν πραγματοποιήσω μια κλήση."
