Miljardeja vuosia sitten kaksi aurinkoa paljon massiivisempaa mustaa aukkoa - 31 ja 19 aurinkomassaa - sulautuivat yhteen kaukaisessa galaksissa. 4. tammikuuta 2017 nämä gravitaatioaallot, jotka kulkivat maailmankaikkeuden läpi valon nopeudella, saavuttivat lopulta Maan, jossa ne puristivat ja venyttivät planeettamme useiksi atomeiksi. Tämä riitti kahden Washington DC: n ja Louisianan LIGO-ilmaisimen ottamaan vastaan signaalin ja rekonstruoimaan tarkalleen mitä tapahtui. Kolmas kerta historiassa olemme havainneet suoraan gravitaatioaaltoja. Samaan aikaan teleskoopit ja observatoriot ympäri maailmaa, myös maapallon kiertoradalla, etsivät täysin erilaista signaalia: jotain valoa tai sähkömagneettista säteilyä, jonka nämä sulautuvat mustat aukot voisivat lähettää.
Esimerkki kahdesta sulautuneesta mustasta aukosta, joiden massa on verrattavissa LIGOn näkymiin. Oletetaan, että tällaisen fuusion pitäisi tuottaa hyvin vähän sähkömagneettisia signaaleja, mutta voimakkaasti kuumennetun aineen läsnäolo tällaisten esineiden lähellä voi muuttaa tätä.
Parhaiden fysiikkamalliemme mukaan mustien aukkojen yhdistämisen ei pitäisi tuottaa mitään valoa. Tapahtumahorisontin ympäröimä massiivinen singulariteetti voi lähettää gravitaatioaaltoja aika-ajan kaarevuuden muuttuessa, koska se pyörii toisen jättimassan ympärillä, ja yleinen suhteellisuusteoria viittaa tähän. Koska säteilyn muodossa olevan gravitaatioenergian on oltava peräisin jostakin, lopullinen musta aukko sulautumisen jälkeen on useita aurinkomassaa kevyempi kuin sen tuottaneiden lähteiden summa. Tämä on täysin yhdenmukaista kahden muun sulautuman kanssa, jotka LIGO havaitsi: noin 5% alkuperäisistä massoista muuttui puhtaaksi energiaksi painovoimasäteilyn muodossa.
Tunnettujen binaaristen mustien aukkojen järjestelmät, mukaan lukien kolme vahvistettua LIGO-sulautumista ja yksi sulautumisehdokas
Mutta jos näiden mustien aukkojen ulkopuolella on jotain, kuten kiinnityslevy, palomuuri, kova kuori, diffuusi pilvi tai mikä tahansa muu, tämän materiaalin kiihtyvyys ja lämmitys voivat luoda sähkömagneettista säteilyä, joka kulkee gravitaatioaaltojemme mukana. Ensimmäisen LIGO-ilmaisun jälkeen Fermi Gamma-ray Burst Monitor ilmoitti havaitsevansa suuren energian purskeen, joka osui samaan aikaan gravitaatioaaltosignaalin ajan kanssa. Valitettavasti ESA-satelliitti ei vain vahvistanut Fermin tuloksia, mutta siellä työskentelevät tutkijat löysivät virheen Fermin analyysissaan tietonsa, hylkäämällä niiden tulokset.
Kahden mustan reiän yhdistäminen taiteilijan silmien läpi kasvatuslevyllä. Aineen tiheyden ja energian ei pitäisi tässä olla riittäviä gammasäteiden tai röntgenkuvien muodostamiseen, mutta kuka tietää mihin luonto kykenee.
Toinen sulautuminen ei osoittanut tällaisia sähkömagneettisten signaalien vihjeitä, mutta tämä ei ole yllättävää: mustien aukkojen massa oli huomattavasti kevyempi, joten niiden tuottama signaali olisi vastaavasti pienempi. Mutta kolmas sulautuminen oli myös laajamittainen, verrattavissa enemmän ensimmäiseen kuin toiseen. Vaikka Fermi ei sanonut mitään, ja myös ESA: n Integral-satelliitti oli hiljainen, sähkömagneettista säteilyä on voinut esiintyä kaksi. Italian avaruusjärjestön AGILE-satelliitti kirjasi heikon, lyhytaikaisen soihdun, joka tapahtui puoli sekuntia ennen sulautumista LIGO: ssa, ja röntgen-, radio- ja optiset havainnot yhdistettiin oudosti.
Jos mikä tahansa tästä voidaan liittää mustien aukkojen sulautumiseen, se olisi täysin uskomatonta. Me tiedämme niin vähän mustista aukoista yleensä, mitä voimme sanoa niiden yhdistämisestä. Emme ole koskaan nähneet niitä omin silmin, vaikka Event Horizon -teleskooppi ottaa tavallaan kuvan ennen tämän vuoden loppua. Saimme selville juuri tänä vuonna, että mustilla aukoilla ei ole kovia kuoria, jotka ympäröivät tapahtumahorisonttia, mutta tämä tosiasia oli myös tilastollinen. Joten kun on kyse mahdollisuudesta, että mustissa aukoissa voi olla sähkömagneettisia vuotoja, kannattaa pitää avoin mieli.
Mainosvideo:
Etäisillä, massiivisilla kvasaareilla on ytimissään supermassiivisia mustia aukkoja, ja niiden sähkömagneettiset vuodot on helppo havaita. Mutta emme ole vielä nähneet sulautuvien mustien aukkojen (varsinkin sellaisten, joiden massa on pieni, alle 100 aurinkoa) päästävän mitään havaittavaa.
Valitettavasti mikään näistä havainnoista ei anna tarvittavia tietoja johtaakseen meidät siihen johtopäätökseen, että mustien aukkojen yhdistäminen voi lähettää mitään sähkömagneettisessa spektrissä. Yleensä on melko vaikeaa saada vakuuttavaa näyttöä, koska edes uskomattoman tarkasti toimivat LIGO-kaksoisilmaisimet eivät pysty määrittämään gravitaatioaaltosignaalin sijaintia tarkemmalla kuin tähtikuvaan tai kolmeen asti. Koska gravitaatio- ja sähkömagneettiset aallot kulkevat valon nopeudella, on erittäin epätodennäköistä, että näiden kahden välillä viivästyy lähes 24 tuntia. Lisäksi ohimenevä tapahtuma tapahtuu etäisyydellä, joka ei salli sen liittymistä gravitaatioaaltoon.
AGILE-observatorion havainnointialue LIGO-havaintojen aikaan purppuran ääriviivoilla esitetyn gravitaatioaaltolähteen mahdollisella sijainnilla
AGILEn havainnot saattavat viitata siihen, että jotain mielenkiintoista on tapahtumassa. Heti kun gravitaatioaaltotapahtuma havaittiin, AGILE oli suunnattu avaruusalueelle, joka sisältää 36% LIGO-tutkimusalueesta. Tutkijoiden mukaan "havaittujen röntgensätefotonien ylimäärä" ilmestyi jonnekin tavallisen keskimääräisen taustan yläpuolella. Mutta kun tarkastellaan tietoja, tutkijoiden ensimmäinen kysymys on: Kuinka vakuuttavat he ovat?
Sekuntia ennen LIGO-sulautumista he vetivät mielenkiintoisen tapahtuman, merkitty E2: lla yllä olevaan kolmeen kaavioon. Perusteellisen analyysin jälkeen, jossa he korreloivat näkemänsä ja millaisia satunnaisia vaihteluita voi esiintyä luonnollisesti, he päättelivät, että jotain mielenkiintoista oli tapahtunut 99,9 prosentin todennäköisyydellä. Toisin sanoen he näkivät todellisen signaalin, ei satunnaista vaihtelua. Universumissa on monia esineitä, jotka lähettävät gammaa ja röntgensäteitä, jotka muodostavat taustan. Mutta voiko tapaus liittyä kahden mustan aukon gravitaatiofuusioon?
Tietokonesimulaatiot kahdesta mustan aukon sulautumisesta gravitaatioaaltojen tuottamiseen. Kysymys kuuluu, liittyykö tämä signaali sähkömagneettiseen purskeeseen?
Jos näin on, miksi muut satelliitit eivät nähneet sitä? Tällä hetkellä voimme päätellä, että jos mustilla aukoilla oli sähkömagneettinen osa, se:
- erittäin heikko
- syntyy vain matalilla energioilla
- siinä ei ole kirkasta optista, radio- tai gammasäteilykomponenttia
- ei tapahdu samanaikaisesti gravitaatioaaltojen vapautumisen kanssa.
LIGO: n ensimmäisen kerran tallentamia 30 aurinkomassan binäärisiä mustia aukkoja on vaikea muodostaa ilman suoraa romahtamista. Nyt, kun niitä on jo havaittu kahdesti, kävi selväksi, että tällaiset mustien aukkojen parit ovat melko yleisiä. Onko heillä sähkömagneettista säteilyä?
Lisäksi kaikki näkemämme sopii täydellisesti siihen, että mustien aukkojen yhdistämisessä ei ole sähkömagneettista osaa. Mutta voisiko tämä johtua siitä, että meillä ei ole tarpeeksi tietoja? Jos rakennamme enemmän gravitaatioaaltotunnistimia, näemme lisää suuren massan mustien aukkojen sulautumisia, paikannamme ne paremmin, näemme enemmän ohimeneviä tapahtumia - voimme löytää vastauksen kysymykseen. Jos lähetystyöt ja observatoriot, joiden pitäisi kerätä tällaista tietoa, rakennetaan, teetetään ja asetetaan kiertoradalle tarvittaessa, saamme 15 vuoden kuluttua tieteellisen vahvistuksen.
ILYA KHEL