Pirms miljardiem gadu divi melnie caurumi, kas bija daudz masīvāki par Sauli - katrs 31 un 19 Saules masas - saplūda tālā galaktikā. 2017. gada 4. janvārī šie gravitācijas viļņi, gaismas ātrumā pārvietojoties pa Visumu, beidzot nonāca uz Zemes, kur saspieda un izstiepa mūsu planētu vairākos atomos. Tas bija pietiekami, lai divi LIGO detektori Vašingtonā un Luiziānā uztvertu signālu un rekonstruētu tieši to, kas notika. Trešo reizi vēsturē mēs esam tieši novērojuši gravitācijas viļņus. Tikmēr teleskopi un observatorijas visā pasaulē, ieskaitot Zemes orbītā esošos, meklēja pilnīgi citu signālu: kaut ko līdzīgu gaismai vai elektromagnētiskajam starojumam, ko varētu izdalīt šie saplūstošie melnie caurumi.
Ilustrācija par diviem saplūstošiem melnajiem caurumiem, kuru masa ir salīdzināma ar LIGO redzētajām. Paredzams, ka šādai saplūšanai vajadzētu radīt ļoti maz elektromagnētiskos signālus, bet ļoti sakarsētas vielas klātbūtne šādu objektu tuvumā to var mainīt.
Saskaņā ar mūsu labākajiem fizikas modeļiem, apvienojot melnos caurumus, vispār nevajadzētu izstarot gaismu. Masveida singularitāte, ko ieskauj notikuma horizonts, var izstarot gravitācijas viļņus, pateicoties mainīgajam telpas laika izliekumam, jo tas griežas ap citu milzu masu, un vispārējā relativitāte to nozīmē. Tā kā gravitācijas enerģijai starojuma veidā jānāk no kaut kurienes, galīgais melnais caurums pēc apvienošanās būs vairākas Saules masas vieglākas nekā to radījušo avotu summa. Tas pilnībā atbilst divām citām apvienošanām, kuras novēroja LIGO: aptuveni 5% sākotnējo masu tika pārvērsti tīrā enerģijā gravitācijas starojuma veidā.
Zināmu bināro melno caurumu sistēmu masas, ieskaitot trīs apstiprinātas LIGO apvienošanās un vienu apvienošanās kandidātu
Bet, ja ārpus šiem melnajiem caurumiem ir kaut kas, piemēram, akrēcijas disks, ugunsmūris, ciets apvalks, izkliedēts mākonis vai jebkas cits, šī materiāla paātrinājums un sildīšana var radīt elektromagnētisko starojumu, kas pārvietojas kopā ar mūsu gravitācijas viļņiem. Pēc pirmās LIGO noteikšanas Fermi gammas staru pārrāvuma monitors paziņoja, ka ir atklājis augstas enerģijas pārrāvumu, kas sakrīt ar gravitācijas viļņa signāla laiku. Diemžēl ESA satelīts ne tikai neapstiprināja Fermi rezultātus, bet tur strādājošie zinātnieki atklāja kļūdu Fermi datu analīzē, pilnībā diskreditējot viņu rezultātus.
Divu melno caurumu sapludināšana mākslinieka acīm ar akrīta disku. Vielas blīvumam un enerģijai šeit nevajadzētu būt pietiekamam, lai radītu gamma vai rentgena starus, bet kas zina, uz ko daba spēj.
Otra apvienošanās neparādīja šādus elektromagnētisko signālu mājienus, taču tas nav pārsteidzoši: melno caurumu masa bija ievērojami mazāka, tāpēc jebkurš to radītais signāls būtu attiecīgi mazāks. Bet arī trešā apvienošanās bija liela apjoma, vairāk salīdzināma ar pirmo, nevis otro. Lai arī Fermi neko neteica un arī ESA pavadonis Integral klusēja, bija divi mājieni, ka varētu būt noticis elektromagnētiskais starojums. Itālijas Kosmosa aģentūras AGILE satelīts ierakstīja vāju, īslaicīgu uzliesmojumu, kas notika pus sekundi pirms apvienošanās LIGO, un savādi tika identificēti rentgenstaru, radio un optiskie novērojumi.
Ja kaut ko no tā varētu attiecināt uz melno caurumu saplūšanu, tas būtu pilnīgi neticami. Mēs tik maz zinām par melnajiem caurumiem vispār, ko mēs varam teikt par to apvienošanu. Mēs nekad neesam viņus redzējuši savām acīm, lai gan Event Horizon teleskops kaut kā nofotografēs pirms šī gada beigām. Mēs tikai šogad uzzinājām, ka melnajiem caurumiem nav cietu čaumalu, kas ieskauj notikuma horizontu, taču arī šis fakts bija statistisks. Tāpēc, runājot par iespēju, ka melnajos caurumos varētu būt elektromagnētiskas noplūdes, ir vērts saglabāt atvērtu prātu.
Reklāmas video:
Attālu, masīvu kvazāru kodolos ir supermasīvi melnie caurumi, un to elektromagnētiskās noplūdes ir viegli atklāt. Bet mēs vēl neesam redzējuši, kā melnā cauruma saplūšana (it īpaši ar mazu masu, mazāk nekā 100 saules) izstaro kaut ko, ko var atklāt.
Diemžēl neviens no šiem novērojumiem nesniedz nepieciešamos datus, lai liktu mums secināt, ka melno caurumu apvienošana var kaut ko izstarot elektromagnētiskajā spektrā. Kopumā ir diezgan grūti iegūt pārliecinošus pierādījumus, jo pat dvīņu LIGO detektori, kas darbojas ar neticamu precizitāti, nevar noteikt gravitācijas viļņu signāla atrašanās vietu ar lielāku precizitāti nekā līdz zvaigznājam vai trim. Tā kā gravitācijas viļņi un elektromagnētiskie viļņi pārvietojas ar gaismas ātrumu, ir maz ticams, ka starp abiem būs gandrīz 24 stundu aizture. Turklāt pārejošais notikums notiek tādā attālumā, kas neļauj to saistīt ar gravitācijas vilni.
Observatorijas AGILE novērošanas zona LIGO novērojumu laikā ar purpursarkanās kontūrās norādīto gravitācijas viļņu avota iespējamo atrašanās vietu
AGILE novērojumi potenciāli var liecināt, ka notiek kaut kas interesants. Brīdī, kad tika konstatēts gravitācijas viļņu notikums, AGILE bija vērsts uz kosmosa laukumu, kas satur 36% no LIGO pētāmās teritorijas. Pēc zinātnieku domām, "atklāto rentgena fotonu pārpalikums" parādījās kaut kur virs parastā vidējā fona. Bet, aplūkojot datus, zinātnieki uzdod pirmo jautājumu: cik pārliecinoši viņi ir?
Dažas sekundes pirms LIGO apvienošanās viņi izvilka interesantu notikumu, kas trīs augstāk redzamajās diagrammās bija apzīmēts ar E2. Pēc rūpīgas analīzes, kurā viņi korelēja redzēto un kādas nejaušas svārstības var notikt dabiski, viņi secināja, ka noticis kaut kas interesants ar 99,9% varbūtību. Citiem vārdiem sakot, viņi redzēja reālu signālu, nevis nejaušas svārstības. Visumā ir daudz objektu, kas izstaro gammu un rentgenstarus, kas veido fonu. Bet vai incidents var būt saistīts ar divu melno caurumu gravitācijas apvienošanos?
Divu simulāciju, kas apvieno melnos caurumus, apvienojot gravitācijas viļņus. Jautājums ir, vai šis signāls pavada kādu elektromagnētisku eksploziju?
Ja jā, kāpēc citi satelīti to neredzēja? Pašlaik mēs varam secināt, ka, ja melnajiem caurumiem bija elektromagnētiskā daļa, tas:
- ārkārtīgi vājš
- dzimst tikai ar zemām enerģijām
- nav spilgtu optisko, radio vai gamma staru komponentu
- nenotiek vienlaikus ar gravitācijas viļņu izdalīšanos.
30 saules masu bināros melnos caurumus, kurus vispirms reģistrēja LIGO, ir grūti izveidot bez tieša sabrukuma. Tagad, kad tie jau ir novēroti divreiz, kļuva skaidrs, ka šādi melno caurumu pāri ir diezgan izplatīti. Vai viņiem ir elektromagnētiskais starojums?
Turklāt viss, ko mēs redzam, lieliski sader ar to, ka melno caurumu sapludināšanai nav elektromagnētiskās daļas. Bet vai tas varētu būt tāpēc, ka mums nav pietiekami daudz datu? Ja mēs izveidojam vairāk gravitācijas viļņu detektoru, redzam vairāk lielu masu melno caurumu apvienošanos, labāk atrodam tos, redzam īslaicīgākus notikumus - mēs varam uzzināt atbildi uz šo jautājumu. Ja misijas un observatorijas, kurām vajadzētu apkopot šādus datus, tiks uzbūvētas, pasūtītas un vajadzības gadījumā ievietotas orbītā, tad pēc 15 gadiem mēs saņemsim zinātnisku apstiprinājumu.
ILYA KHEL