Nagyjából ötmilliárd évvel ezelőtt az univerzum egy távoli pontján két fekete lyuk annyira megközelítette egymást, hogy ütközésük elkerülhetetlenné vált. Eddigre nagyon régóta keringtek egymás körül, fokozatosan egyre közelebb kerülve, és egyre jobban felgyorsulva, míg végül közel fénysebességre gyorsultak.
Aztán kevesebb mint 100 ezredmásodperc alatt összeértek és összeolvadtak.
Bár hasonló eseményeket már többször észleltek az gravitációshullám-detektorok, ez az esemény különlegesnek számít a korábbiakhoz képest.
A fekete lyukak sokkal nagyobbak voltak a szokásosnál, és az esemény nyomán képződő új égitest is különleges méretűnek számít. Az összeolvadás közben kibocsátott gravitációs hullámok pedig nem egyszerűen megrezgették, hanem nagy energiával megrázták a téridő szövetét. Energiájuk persze a megtett távolsággal egyre inkább csökkent, de így is elegendő maradt ahhoz, hogy amikor a hullámok 2019. május 21-én áthaladtak a Földön, a LIGO és a Virgo detektorai észleljék ezeket.
A szakértők számára az adatokból hamar kiderült, hogy a legnagyobb összeolvadásról van szó, amit az eddigiek során láttak: az ütköző égitestek egyike 66, a másik 85 naptömegű volt. Amikor az összeolvadás után lenyugodott a helyzet, egy 142 naptömegű fekete lyuk maradt hátra.
A tömegeket nézve feltűnhet, hogy a végeredményül kapott fekete lyuk 8–9 naptömeggel könnyebb, mint az égitestek, amelyekből kialakult. De mi történt ezzel a rengeteg tömeggel? Energiává alakult, és gravitációs hullámok formájában távozott a rendszerből. Ez azt jelenti, hogy az összeolvadás során a Nap teljes élettartama során kisugárzott energiának a tízezerszerese bocsátódott ki a másodperc egytized része alatt.
A 142 naptömeg nemcsak azért rendkívül érdekes, mert az eddigi legnagyobb így képződött és detektált égitest, hanem azért is, mert egyértelműen az úgynevezett közepes tömegű fekete lyukak kategóriájába helyezi az új objektumot. Amelyek létezését viszont egészen mostanáig nem sikerült meggyőzően igazolni.
A rejtélyes fekete lyukaknak két nagy csoportjáról tudunk biztosan. Az egyikbe az úgynevezett csillagtömegű fekete lyukak tartoznak, amelyek 5–60 naptömeg közötti tömeggel rendelkeznek. Ezek nagytömegű csillagok robbanása nyomán jönnek létre. A másik csoportba a sokkal-sokkal nagyobb, 100 ezer naptömeget meghaladó (és több milliárd naptömegig terjedő), úgynevezett szupernehéz fekete lyukak tartoznak, amelyek minden nagyobb galaxis közepén megtalálhatók. Azt egyelőre nem tudjuk, hogy ezek hogyan formálódnak.
Közepes tömegű fekete lyukaknak azt a csoportot nevezzük, amelyek ezen két populáció között foglalnak helyet. A szakértők szerint elméletileg létezniük kell, de eddig egy ilyen égitestet sem sikerült egyértelműen detektálni. Jelölt több is van, de mindig voltak bizonytalanságok. Pedig ha egyértelműen sikerülne igazolni ezek létezését, az fontos lépést jelenthetne a szupernehéz fekete lyukak keletkezésének megértése felé is. A kutatók teóriája szerint elképzelhető, hogy a közepes tömegű fekete lyukak csillagtömegű fekete lyukak összeolvadása révén, fokozatosan jönnek létre, és később ezek ütközései nyomán alakulnak ki a szupernehéz égitestek.
A GW 190521 nevű összeolvadás az eddigi legjobb bizonyíték a közepes tömegű fekete lyukak létezésére. Ezen túl maguk az ütköző objektumok is rendkívül érdekesek.
A 85 naptömegű fekete lyuk ugyanis nagyobb annál, ami egyetlen szupernóvarobbanás során létrejöhet. Az ehhez szükséges méretű csillagokból eleve nagyon kevés van, ráadásul jelenlegi tudásunk szerint azok a csillagok, amelyeknek a magja 65–135 naptömeg közötti, úgynevezett párinstabilitáson mennek keresztül életük végén, vagyis az energiák magjukban olyan szintet érnek el, hogy a gammasugarak spontán elektronokra és pozitronokra bomlanak.
Ettől viszont a mag olyan gyorsan elveszíti energiáját, hogy maga is megsemmisül, így nem keletkezik fekete lyuk. Az ennél nagyobb tömegű maggal rendelkező csillagok elvileg már közepes tömegű fekete lyukakat hagynak hátra, de ezek még ritkábbak.
A 85 naptömegű fekete lyuk tehát nagyon furcsa, a legjobb magyarázat a létezésére, ha azt feltételezzük, hogy mag is két kisebb fekete lyuk összeolvadásával jött létre.
Ráadásul ezek maguk is olyan nehezek voltak, hogy valószínűleg szintén korábbi összeolvadások eredményei lehettek. Ha pedig ez valóban így történt, az azt jelentené, hogy a hasonló ütközések jóval gyakoribbak mint gondolnánk, és valóban lehet realitása annak, hogy a szupernehéz fekete lyukak is hasonló módon formálódnak.
OSZD MEG másokkal is!