For milliarder af år siden fusionerede to sorte huller, der var meget mere massive end solen - hver 31 og 19 solmasser hver - i en fjern galakse. Den 4. januar 2017 nåede disse tyngdebølger, der rejste gennem universet med lysets hastighed, endelig jorden, hvor de klemte og strakte vores planet i flere atomer. Dette var nok til, at de to LIGO-detektorer i Washington DC og Louisiana kunne hente signalet og rekonstruere præcis, hvad der skete. For tredje gang i historien har vi observeret gravitationsbølger direkte. I mellemtiden ledte teleskoper og observatorier rundt om i verden, inklusive dem i kredsløb om jorden, sig efter et helt andet signal: noget som lys eller elektromagnetisk stråling, som disse sammensmeltede sorte huller kunne give ud.
En illustration af to sammensmeltede sorte huller af samme masse som dem, der ses i LIGO. Det forventes, at en sådan fusion skal producere meget få elektromagnetiske signaler, men tilstedeværelsen af et stærkt opvarmet stof nær sådanne genstande kan ændre dette.
Ifølge vores bedste fysikmodeller bør sammensmeltning af sorte huller slet ikke udsende lys. En massiv singularitet omgivet af en begivenhedshorisont kan udsende tyngdekraftsbølger på grund af den skiftende rumtids krumning, da den drejer sig om en anden kæmpe masse, og generel relativitet antyder dette. Da tyngdekraften i form af stråling skal komme et eller andet sted, vil det endelige sorte hul efter fusionen være flere solmasser lettere end summen af de kilder, der genererede den. Dette er helt i overensstemmelse med to andre fusioner, som LIGO observerede: ca. 5% af de oprindelige masser blev omdannet til ren energi i form af tyngdekraftsstråling.
Masserne af kendte binære sorte hulsystemer, herunder tre bekræftede LIGO-fusioner og en fusionskandidat
Men hvis der er noget uden for disse sorte huller, såsom en tiltrædelsesdisk, firewall, hard shell, diffus sky eller andet, kan accelerationen og opvarmningen af dette materiale skabe elektromagnetisk stråling, der bevæger sig sammen med vores tyngdekraftsbølger. Efter den første LIGO-detektion erklærede Fermi gammastråle-burstmonitor, at den havde opdaget en burst af høj energi, der faldt sammen med tiden for tyngdekraftsbølgen. Desværre undlod ESA-satellitten ikke kun at bekræfte Fermis resultater, men forskerne, der arbejder der, opdagede en fejl i Fermis analyse af deres data og miskrediterede deres resultater fuldstændigt.
Fletning af to sorte huller gennem en kunstners øjne med en tiltrædelsesdisk. Tætheden og energien af materie skal ikke være nok her til at skabe gammastråler eller røntgenstråler, men hvem ved hvad naturen er i stand til.
Den anden fusion viste ikke sådanne antydninger af elektromagnetiske signaler, men det er ikke overraskende: sorte huller var signifikant lettere i masse, så ethvert signal, de genererede, ville have tilsvarende lavere størrelse. Men den tredje fusion var også stor i masse, mere sammenlignelig med den første end den anden. Selvom Fermi ikke sagde noget, og ESAs integrale satellit også forblev tavs, var der to antydninger om, at elektromagnetisk stråling muligvis var forekommet. Den italienske rumorganisations AGILE-satellit registrerede en svag, kortvarig blænding, der opstod et halvt sekund før fusionen ved LIGO, og røntgen-, radio- og optiske observationer kombineret blev identificeret underligt.
Hvis noget af dette kunne tilskrives sammensmeltning af sorte huller, ville det være helt utroligt. Vi ved så lidt om sorte huller generelt, hvad kan vi sige om at flette dem. Vi har aldrig set dem med vores egne øjne, selvom Event Horizon Telescope slags tager et billede inden udgangen af dette år. Vi fandt ud af netop dette år, at sorte huller ikke har hårde skaller omkring begivenhedshorisonten, men denne kendsgerning var også statistisk. Så når det kommer til muligheden for, at sorte huller kan have elektromagnetiske lækager, er det værd at holde et åbent sind.
Salgsfremmende video:
Fjernt, massive kvasarer udviser supermassive sorte huller i deres kerner, og deres elektromagnetiske lækager er lette at opdage. Men vi har endnu ikke set sammensmeltning af sorte huller (især dem med lave masser, mindre end 100 soler) udsende noget, der kan opdages.
Desværre giver ingen af disse observationer de nødvendige data til at føre os til at konkludere, at sammensmeltning af sorte huller kan udsende noget i det elektromagnetiske spektrum. Generelt er det ret vanskeligt at få overbevisende beviser, da selv de to LIGO-detektorer, der fungerer med utrolig nøjagtighed, ikke kan lokalisere tyngdekraftsbølgesignalets placering med mere nøjagtighed end op til en konstellation eller tre. Da tyngdebølger og elektromagnetiske bølger bevæger sig med lysets hastighed, er det yderst usandsynligt, at der vil være en næsten 24-timers forsinkelse mellem de to. Derudover sker den forbigående begivenhed i en afstand, der ikke tillader, at den associeres med en tyngdekraftsbølge.
Observationsområdet for AGILE-observatoriet på tidspunktet for LIGO-observationer med den mulige placering af gravitationsbølgekilden vist i lilla konturer
AGILEs observationer kan potentielt antyde, at der sker noget interessant. I det øjeblik gravitationsbølgehændelsen blev opdaget, var AGILE rettet mod et område af rummet, der indeholder 36% af LIGO-undersøgelsesområdet. Ifølge forskere optrådte "overskuddet af opdagede røntgenfotoner" et eller andet sted over den sædvanlige gennemsnitlige baggrund. Men når man ser på dataene, er det første spørgsmål, forskere stiller: Hvor overbevisende er de?
Sekunder før LIGO-fusionen trak de en interessant begivenhed ud, mærket E2 i de tre diagrammer ovenfor. Efter en grundig analyse, hvor de korrelerede hvad de ser, og hvilken slags tilfældige udsving der kan forekomme naturligt, konkluderede de, at der var sket noget interessant med en sandsynlighed på 99,9%. Med andre ord så de et ægte signal, ikke en tilfældig udsving. Der er mange objekter i universet, der udsender gamma og røntgenstråler, der udgør baggrunden. Men kan hændelsen knyttes til gravitationsfusionen af to sorte huller?
Computersimuleringer af to sammensmeltede sorte huller med produktionen af tyngdebølger. Spørgsmålet er, ledsager dette signal enhver elektromagnetisk burst?
Hvis ja, hvorfor så de andre satellitter det ikke? I øjeblikket kan vi konkludere, at hvis sorte huller havde en elektromagnetisk del, så:
- ekstremt svag
- fødes kun ved lave energier
- har ingen lys optisk, radio- eller gammastrålekomponent
- forekommer ikke samtidigt med frigivelsen af tyngdebølger.
Binære sorte huller på 30 solmasser, der først blev opdaget af LIGO, er svære at danne uden direkte sammenbrud. Nu, når de allerede er blevet observeret to gange, blev det klart, at sådanne par sorte huller er ret almindelige. Har de elektromagnetisk stråling?
Derudover passer alt, hvad vi ser perfekt sammen med det faktum, at sammensmeltning af sorte huller ikke har en elektromagnetisk del. Men kan dette skyldes, at vi ikke har nok data? Hvis vi bygger flere gravitationsbølgedetektorer, ser flere sammensmeltninger af sorte huller med høj masse, finder dem bedre, ser mere forbigående begivenheder - vi kan finde ud af svaret på det spørgsmål. Hvis missioner og observatorier, der skal indsamle sådanne data, bygges, bestilles og sættes i kredsløb, hvis det er nødvendigt, vil vi om 15 år modtage videnskabelig bekræftelse.
ILYA KHEL