Po raz pierwszy będziemy świadkami takiego kataklizmu. Na szczęście możemy mu się bez obaw przyglądać, bo mamy bezpieczną miejscówkę. Od zderzających się dziur dzieli nas ponad 10 mld lat świetlnych.Dawno, dawno temu w odległej galaktyce... spotkały się dwie supermasywne czarne dziury. Każda z nich wcześniej pochłonęła materię, która dorównywała masie wielu miliardów słońc. A ponieważ na dwie tak duże dziury nie ma miejsca w jednej galaktyce, musiało dojść do burzliwego spotkania...
Tak mogłaby się zaczynać ta historia, choć na dobrą sprawę dużo w niej zagadek i nie do końca jesteśmy pewni, w jaki sposób obie czarne dziury znalazły się naprzeciwko siebie.
Para tych wielkich dziur - łącznie ważą od 3 do nawet 30 mld słońc - została znaleziona w kwazarze, który dotąd odznaczał się tylko wyjątkowo paskudnym oznaczeniem PSO J334.2028+01.4075.
Kwazary - jak obecnie przypuszczają astronomowie - to młode galaktyki, w których centrum siedzi wielka czarna dziura otoczona bardzo gorącym wirem materii. Wpadający do ciemnej czeluści gaz rozgrzewa się i promieniuje we wszystkich zakresach fal elektromagnetycznych - od fal radiowych, przez światło widzialne, po promienie rentgenowskie i gamma. Wirująca materia swym blaskiem przyćmiewa światło wszystkich gwiazd w galaktyce.
Kwazar jest zazwyczaj napędzany przez jedną supermasywną czarną dziurę, która zjada materię i systematycznie rośnie. Skąd w PSO J334.2028+01.4075 wzięły się dwie takie dziury? Prawdopodobnie pochodzą z dwóch różnych galaktyk, które połączyły się w jedną większą, co było bardzo częste we wczesnym Wszechświecie.
Dwie dziury, które zbliżyły się i ciasno krążą wokół siebie, konkurują o materię i wzajemnie sobie przeszkadzają, wywołując okresowe zakłócenia i zmiany jasności w otaczających je wirach.
To właśnie zwróciło uwagę doktorantki Tingting Liu z Uniwersytetu Maryland, która wraz z kolegami analizowała światło z 316 kwazarów obserwowanych w ramach przeglądu nieba za pomocą teleskopu Pan-STARRS1 na szczycie Mount Haleakala na Hawajach.
Naukowcy odkryli, że promieniowanie jednego ze śledzonych kwazarów - właśnie PSO J334.2028+01.4075 - zmienia się w cyklu 18-miesięcznym. I choć wciąż możliwe są także inne wyjaśnienia, naukowcy twierdzą, że najbardziej przekonującym wytłumaczeniem zmian jasności kwazara jest wzajemny taniec czarnych dziur. Ich samych niestety bezpośrednio zaobserwować się nie da. Żaden teleskop nie jest w stanie dostrzec tego, co się dzieje w kwazarze, który znajduje się 10,4 mld lat świetlnych od Ziemi. Zwłaszcza że dziury już prawie się stykają.
- Jeśli się nie mylimy, to te czarne dziury są już tak blisko siebie, że praktycznie zaczął się proces ich łączenia - twierdzi prof. Suvi Gezari, szef Tingting Liu i współautor pracy o tym odkryciu, która ukazała się w "The Astrophysical Journal Letters". Tej katastrofy nic już nie powstrzyma, bo krążące wokół siebie dziury tworzą gigantyczną antenę grawitacyjną, która emituje fale grawitacyjne. Tracą więc energię, co powoduje, że ich orbity się coraz szybciej zacieśniają.
Z wyliczeń badaczy wynika, że dziury spiralnie spadają na siebie i do ich połączenia dojdzie za siedem lat. Ale z naszego punktu widzenia będzie to trwało trzy razy dłużej, bo olbrzymia grawitacja spowalnia upływ czasu. W ziemskim układzie odniesienia dziury zderzą się więc za około 21 lat.
W skali kosmicznej to i tak jest jak mgnienie oka. Daje to astronomom wyjątkową okazję, żeby się przygotować i spróbować potwierdzić (bądź obalić) wiedzę na temat takich kolizji.
Niedawno Stuart Shapiro z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign przedstawił pierwszą symulację 3D połączenia czarnych dziur, która wykorzystuje pełne (bez uproszczeń) równania teorii grawitacji Einsteina.
Jak może wyglądać takie zderzenie czarnych dziur?
W trakcie takiej kolizji, jak się spodziewamy, dochodzi do wyzwolenia gigantycznej energii przewyższającej eksplozję milionów supernowych. W ostatniej fazie już połączone dziury przypominają olbrzymią bańkę mydlaną, której powierzchnia faluje, by ostatecznie przyjąć kształt idealnej sfery lub elipsoidy (dla wirującej dziury).
W czasie tej końcowej korekty kształtu dziura znowu wypromieniowuje potężną paczkę fal grawitacyjnych, które "marszczą przestrzeń" i rozchodzą się z miejsca zderzenia podobnie jak fale na stawie po wrzuceniu do wody kamienia.
Czy te fale grawitacyjne dotrą do Ziemi?
Z pewnością, bo takich fal praktycznie nic nie jest w stanie zatrzymać.
Zwróćmy uwagę na to, że kwazar oraz czarne dziury dzieli od nas 10,4 mld lat świetlnych. To oznacza, że światło pokonuje tę odległość przez 10,4 mld lat. Wszystko to, co dziś widzimy w teleskopach, zdarzyło się tak naprawdę miliardy lat temu, tyle że dopiero teraz świetlny posłaniec z wiadomością do nas dociera.
Jeśli naukowcy się nie mylą w swej prognozie, to te czarne dziury się połączyły i fale grawitacyjne już do nas mkną. Także z prędkością światła, jak wynika z teorii Einsteina. Za 21 lat dotrze więc do nas błysk katastrofy, a przestrzeń wokół zafaluje.
Czy to nam czymś zagraża?
Bez obawy. Po przemierzeniu tak wielkiej odległości - blisko 2/3 całego widzialnego Wszechświata - fala grawitacyjna straci swój impet. Jej amplituda maleje, bo fala rozchodzi się sferycznie w każdym kierunku i jej energia rozkłada się na coraz większą powierzchnię sfery. Kiedy dotrze do Ziemi, będzie już mocno osłabiona.
Prawdopodobnie nawet obecne detektory fal grawitacyjnych nie dadzą rady jej wykryć. Detektor Virgo koło Pizy, a także amerykańskie Ligo, położone w Hanford i Livingston, to tzw. obserwatoria interferometryczne, których zadaniem jest właśnie pomiar amplitudy fali grawitacyjnej. Jeśli ich czułość nie zostanie poprawiona, to raczej nie mają szans zarejestrować tegowydarzenia.
Gdyby supermasywne dziury połączyły się znacznie bliżej, sytuacja byłaby już niewesoła. Przejście fali o dużej amplitudzie oznaczałoby silne zmiany lokalnego ciążenia, mogłyby zakłócić ruch orbitalny planet wokół Słońca, Księżyca i sztucznych satelitów wokół Ziemi. Ale wtedy równie mocno powinniśmy się bać skutków silnego rozbłysku promieniowania gamma, który by nastąpił po zderzeniu się wirów materii otaczających czarne dziury niczym rozpalone tornada.
Szansa dla astrofizyków
Kolizja dziur w kwazarze PSO J334.2028+01.4075 na pewno nas nie skrzywdzi, ale może być wspaniałym poligonem doświadczalnym dla astrofizyków.
Warto przypomnieć, że dotychczas nie mamy bezpośredniego dowodu na istnienie fal grawitacyjnych. Takie fale przewiduje teoria Einsteina, która się już wielokrotnie sprawdziła, lecz akurat w tym względzie może się mylić. Naukowcy znaleźli do tej pory tylko mocne poszlaki. W 1974 r. Russell Hulse i Joseph Taylor odkryli pulsar (wirująca gwiazda neutronowa), który zatacza ciasne koła wokół innej gwiazdy. Z teorii Einsteina wynikało, że taki układ powinien wysyłać fale grawitacyjne i powoli tracić energię (choć w nieco wolniejszym tempie niż okrążające się czarne dziury). I rzeczywiście, okazało się, że orbita pulsara zacieśnia się tak, jak to przewiduje teoria względności. Badacze dostali za to Nobla.
Nikomu jednak do tej pory nie udało się wykryć samej fali grawitacyjnej, choć w całym Wszechświecie zdarza się bardzo wiele kataklizmów tego typu, jaki ma nastąpić za 21 lat w kwazarze PSO J334.2028+01.4075. To okazja, żeby przetestować różne metody i technologie wykrywania tych fal.
Źródło: wyborcza
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz