Grawitacyjna rakieta

Łączeniu się dwóch czarnych dziur towarzyszą olbrzymie wybuchy fal grawitacyjnych.

Łączeniu się dwóch czarnych dziur towarzyszą olbrzymie wybuchy fal grawitacyjnych. Siła zjawiska może być tak wielka, że powstać mogą w jego wyniku całkiem nowe czarne dziury – wyrzucane z macierzystych galaktyk z prędkościami tysięcy kilometrów na sekundę.

Takie sytuacje były dotychczas przewidywane wyłącznie teoretycznie, ale teraz zjawisko wyrzucania czarnych dziur z galaktyk zaobserwowano w rzeczywistości. Grupa naukowców z Instytutu Fizyki Kosmicznej Maxa Plancka, która zajmuje się badaniami czarnych dziur, otworzyła tym samym całkiem nowe możliwości badań astrofizycznych. Odkrycie z pewnością nada większe tempo pracom nad szczegółowymi modelami wybuchów czarnych dziur i ich ewolucji.

Gdy dwie czarne dziury łączą się, fale promieniowania grawitacyjnego „płyną” przez galaktykę z prędkością światła. Ponieważ promieniowanie to jest emitowane głównie w jednym kierunku, sama czarna dziura wypychana jest w stronę przeciwną – tak jak siła odrzutu przy strzelaniu z broni palnej. Wtedy też zaczyna się jej lot na zewnątrz – z jądra galaktyki. Jeśli prędkość uderzenia jest wystarczająco duża, czarna dziura może nawet całkowicie wydostać się z galaktyki.

Nowe odkrycie po raz pierwszy pokazało, że takie łączenia i ucieczki czarnych dziur rzeczywiście mogą występować. Wcześniej były jedynie teoriami i symulacjami w superkomputerach. „Odrzutowa” czarna dziura zwróciła uwagę fizyków ze względu na swoją prędkość – 2650 km/s! Z taką prędkością podróż z Warszawy do Nowego Jorku trwałaby mniej niż 3 sekundy. Pomiar był możliwy tylko dzięki szerokim liniom emisji gazu wokół dziury.  Wielka siła odrzutu, przy masie ponad 100 milionów mas Słońca, sprawiła, że czarna dziura była wprost „katapultowana” z centrum macierzystej galaktyki.

Gaz, który porusza się razem z czarną dziurą, to tak zwany dysk akrecyjny. Towarzyszy on jej przez miliony lat. W czasie nawarstwiania się gazy dysku akrecyjnego błyszczą się w promieniowaniu X. Dużą więc pomocą dla naukowców jest także sam przyrost gazów – można bowiem lokalizować odległe czarne dziury i galaktyki. Po skanowaniu wielkich obszarów przestrzeni kosmicznej dokładnie widać wielkie pola w zakresie promieniowania rentgenowskiego.

Obserwacja badaczy z Instytutu Maxa Plancka udowadnia ponadto, że możliwe jest łączenie się czarnych dziur. To w wyniku połączeń i przekształceń może dojść do wystrzelenia dziury. Nigdy wcześniej nie potwierdzały tego bezpośrednie obserwacje. Kolejne wnioski mówią, że muszą istnieć zarówno galaktyki z czarną dziurą w jądrze, jak i te, których jądra gigantycznych magnesów nie mają – wtedy czarne dziury płyną przez nieskończoność kosmosu. To wszystko niesie nowe pytania… Czy galaktyki i czarne dziury powstawały i ewoluowały wspólnie przy początkach wszechświata? Czy istniały galaktyki, które nigdy nie miały centralnych, umieszczonych w jądrze czarnych dziur? Jeśli tak, to jak różny mógł być rozwój galaktyk – tych z, i tych bez dziur?

Ciągły rozwój, zarówno badań teoretycznych jak i praktycznych obserwacji, ułatwi naukowcom odpowiedź na te i inne pytania. Już teraz wiele różnych instrumentów na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej nieustannie monitoruje pola i związane z nimi fale grawitacyjne. Wszystkie zbierane dane, powstające teorie i co raz bardziej szczegółowe modele czarnych dziur pomogą nam zrozumieć procesy jakie rządzą rozwojem galaktyk i ich powstawaniem. Być może dowiemy się nawet jak kształtował się cały wszechświat…

Przemysław Goławski