LIGO už potřetí pomocí gravitačních vln zachytilo spojení černých děr
2.6.2017, Jan Vítek, aktualita
Zařízení LIGO, které bylo vytvořeno za účelem zachytávání gravitačních vln, zachytilo již potřetí spojení černých děr, což potvrzuje, že nešlo o náhodu. Později by přitom mohlo takových událostí detekovat mnohem více, třeba i jednu denně.
Astrofyzikové předpokládají, že spojení černých děr je ve vesmíru poměrně běžná událost a až bude LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) operovat na plné citlivosti, mohlo by takové události pozorovat v podstatě denně. Gravitační vlny představující už třetí pozorování důsledku spojení černých děr byly zaznamenány již 4. ledna tohoto roku, ale teprv nyní byly výsledky zveřejněny.
Nyní tak jde o potvrzení toho, že první dvě pozorování nebyla náhodná. Jak řekl David Reitze, výkonný ředitel laboratoře LIGO, kdyby se svými spolupracovníky po takové době od prvních dvou případů nezaznamenal třetí, asi by se začal obávat, zda se jim snad nepoštěstilo zachytit nějaké výjimečné události krátce po sobě.
simulace spojení černých děr a šíření gravitačních vln
LIGO tak bude dále sledovat gravitační vlny přicházející z vesmíru z míst, kde se spojují v jednu dvojice malých černých děr, jejichž hmotnost odpovídá přinejvyšším desítkám Sluncí. Bude se také sledovat, jak vůbec samy vznikají, jak se setkávají a nakonec spojují v jednu větší. Nová data získaná v lednu udávají, že byly zachyceny nové údaje o rotaci černých děr, což je první krok k pochoptení toho, jak se zformovaly i jak se srazily.
Samotné LIGO funguje už od roku 2002, ale teprve po svém vylepšení na tzv. Advanced LIGO získalo dostatečnou citlivost na to, aby mohlo pozorovat gravitační vlny. Ty byly poprvé detekovány v únoru 2016 a podruhé v červnu 2016. Nyní mělo jít o spojení jedné černé díry s hmotností 19 Sluncí s druhou o hmotnosti 31 Sluncí, přičemž výsledkem nemá být objekt o hmotnosti rovných 50 Slunci, ale zhruba 49, neboť nějaký materiál se měl při srážce vytratit pryč. Vzniklá černá díra má přitom obsahovat takové množství hmoty v průměru jen 270 kilometrů.
Vzniklé gravitační vlny pak putovaly vesmírem po dlouhé 3 miliardy let, než dorazily k nám, takže tato srážka byla zachycena z více než dvojnásobné vzdálenosti než ty předchozí. LIGO ale nedokáže určit přesné místo na obloze, odkud se vlny šíří. Je to podobné, jako bychom seděli ve vodě a měli jen podle dorazivších vln určit, kam přesně spadl kamínek, který je vytvořit. Dá se tak určit jen přibližné místo na obloze, jak ukazuje následující obrázek. Se srážkou černých děr je ale také spojováno záření gama a pokud bude LIGO nakonec zachytávat až tisíc gravitačních vln ročně (ale nebo také jen jednu za měsíc, to se ještě uvidí), s určením polohy alespoň některých srážek by mohla pomoci jiná zařízení, jako je třeba teleskop Fermi.
nejnovější událost má označení GW170104
Gravitační vlny jsou také v podstatě jediný současný způsob toho, jak sledovat přímo samotné černé díry. Zatím LIGO potvrdilo především to, že malé černé díry jsou ve vesmíru zcela běžné. Známky jejich rotace pak napovídají, zda mohly vzniknout z velkých hvězd. Pokud ty se vytvoří v binárním systému, pak vzniklé černé díry budou stejně jako ony rotovat, a to stejným směrem. To se dá zjistit při srážce, která v takovém případě probíhá rychleji, než když se setkají černé díry, které nerotují, nebo rotují odlišnými směry. Aktuálně tak může LIGO zjistit to, zda se černé díry před srážkou točily stejným směrem, ale změřit rychlost jejich otáčení nedovede. Právě v tomto případě se astrofyzici přiklání k tomu, že černé díry se netočily stejným směrem, takže je možné že alespoň jedna z nich nevzešla ze stejného systému, ale z nějakého jiného objektu a obě se pak náhodou ve vesmíru setkaly.
Zachycené gravitační vlny zatím jen potvrdily Einsteinovu všeobecnou teorii relativity, která je předpověděla. Ovšem další pozorování by ji naopak mohla pomoci nabořit, anebo zjistit, kdy už přestává platit. Právě spojení teorie relativity a kvantové mechaniky popisující chování vesmíru ve velmi malých měřítcích je jedna z největších nevyřešených otázek fyziky.
Zdroj: Space.com
Nyní tak jde o potvrzení toho, že první dvě pozorování nebyla náhodná. Jak řekl David Reitze, výkonný ředitel laboratoře LIGO, kdyby se svými spolupracovníky po takové době od prvních dvou případů nezaznamenal třetí, asi by se začal obávat, zda se jim snad nepoštěstilo zachytit nějaké výjimečné události krátce po sobě.
simulace spojení černých děr a šíření gravitačních vln
LIGO tak bude dále sledovat gravitační vlny přicházející z vesmíru z míst, kde se spojují v jednu dvojice malých černých děr, jejichž hmotnost odpovídá přinejvyšším desítkám Sluncí. Bude se také sledovat, jak vůbec samy vznikají, jak se setkávají a nakonec spojují v jednu větší. Nová data získaná v lednu udávají, že byly zachyceny nové údaje o rotaci černých děr, což je první krok k pochoptení toho, jak se zformovaly i jak se srazily.
Samotné LIGO funguje už od roku 2002, ale teprve po svém vylepšení na tzv. Advanced LIGO získalo dostatečnou citlivost na to, aby mohlo pozorovat gravitační vlny. Ty byly poprvé detekovány v únoru 2016 a podruhé v červnu 2016. Nyní mělo jít o spojení jedné černé díry s hmotností 19 Sluncí s druhou o hmotnosti 31 Sluncí, přičemž výsledkem nemá být objekt o hmotnosti rovných 50 Slunci, ale zhruba 49, neboť nějaký materiál se měl při srážce vytratit pryč. Vzniklá černá díra má přitom obsahovat takové množství hmoty v průměru jen 270 kilometrů.
Vzniklé gravitační vlny pak putovaly vesmírem po dlouhé 3 miliardy let, než dorazily k nám, takže tato srážka byla zachycena z více než dvojnásobné vzdálenosti než ty předchozí. LIGO ale nedokáže určit přesné místo na obloze, odkud se vlny šíří. Je to podobné, jako bychom seděli ve vodě a měli jen podle dorazivších vln určit, kam přesně spadl kamínek, který je vytvořit. Dá se tak určit jen přibližné místo na obloze, jak ukazuje následující obrázek. Se srážkou černých děr je ale také spojováno záření gama a pokud bude LIGO nakonec zachytávat až tisíc gravitačních vln ročně (ale nebo také jen jednu za měsíc, to se ještě uvidí), s určením polohy alespoň některých srážek by mohla pomoci jiná zařízení, jako je třeba teleskop Fermi.
nejnovější událost má označení GW170104
Gravitační vlny jsou také v podstatě jediný současný způsob toho, jak sledovat přímo samotné černé díry. Zatím LIGO potvrdilo především to, že malé černé díry jsou ve vesmíru zcela běžné. Známky jejich rotace pak napovídají, zda mohly vzniknout z velkých hvězd. Pokud ty se vytvoří v binárním systému, pak vzniklé černé díry budou stejně jako ony rotovat, a to stejným směrem. To se dá zjistit při srážce, která v takovém případě probíhá rychleji, než když se setkají černé díry, které nerotují, nebo rotují odlišnými směry. Aktuálně tak může LIGO zjistit to, zda se černé díry před srážkou točily stejným směrem, ale změřit rychlost jejich otáčení nedovede. Právě v tomto případě se astrofyzici přiklání k tomu, že černé díry se netočily stejným směrem, takže je možné že alespoň jedna z nich nevzešla ze stejného systému, ale z nějakého jiného objektu a obě se pak náhodou ve vesmíru setkaly.
Zachycené gravitační vlny zatím jen potvrdily Einsteinovu všeobecnou teorii relativity, která je předpověděla. Ovšem další pozorování by ji naopak mohla pomoci nabořit, anebo zjistit, kdy už přestává platit. Právě spojení teorie relativity a kvantové mechaniky popisující chování vesmíru ve velmi malých měřítcích je jedna z největších nevyřešených otázek fyziky.
Zdroj: Space.com
