Įjungė jau trečią gravitacinių bangų jutiklį ir iš karto aptiko įspūdingą kosminį įvykį už 1,8 mlrd. šviesmečių: susidūrė 2 juodosios skylės (Video)

Europos kosmoso agentūros jutiklis VIRGO prisijungė prie LIGO jutiklių dueto ir ši trijulė kartu stebėjo naują juodųjų skylių susijungimą.

Tiesa, kol kas šie jutikliai kartu dirbo mažiau nei mėnesį, o ateities planai, pradedant nuo 2018 metų rudens, yra gerokai ambicingesni.

Kosminės bangos

Gravitacines bangas į aplinką paskleidžia du masyvūs objektai, besisukantys link susidūrimo. Kai jie pakankamai suartėja, jų greitas sukimasis iškreipia erdvę ir per kosmosą į išorę paskleidžia gravitacines bangas.

Iškart po susidūrimo susidaręs objektas vibruoja tarsi varpas, trumpą laiką skleisdamas kitokio pobūdžio bangas. Šie kosmoso raibuliai, keliaudami kosmosu, bet kurių dviejų objektų tarpusavio atstumą tai sumažina, tai padidina. Ir nors tie atstumo pokyčiai yra neįtikėtinai maži, ypatingo jautrumo mokslinė įranga tokius skirtumus sugeba užfiksuoti.

Naujasis kosminis įvykis buvo pavadintas GW170814. Jis yra panašus į tuos, kurie buvo užfiksuoti anksčiau. Susidūrime dalyvavo iš dalies nedidelės juodosios skylės – 31 ir 25 kartus sunkesnės už Saulę.

Be to, šios juodosios skylės yra sunkesnės, nei, pagal teorinius skaičiavimus, galėtų susidaryti sugriuvus žvaigždėms. Tad mokslininkai mano, kad jos susiformavo po ankstesnių susijungimų ar kokiais nors kitais nežinomais juodųjų skylių formavimosi būdais.

Susijungimo rezultatu tapo 53 Saulės masių juodoji skylė. O trūkstama masė – tiek, kiek sveria trys Saulės – buvo konvertuota į energiją gravitacinių bangų pavidalu.

Šis kataklizminis įvykis nutiko už 1,8 mlrd. šviesmečių, tad nenuostabu, kad paprasti žmonės be ypatingų įrankių jo nepastebėjo.

Jutiklius valdanti programinė įranga suderinta taip, kad atliktų greitą pradinę analizę ir atpažintų potencialius signalus gaunamuose duomenyse. Tuomet, remiantis šiuo signalu, siunčiama užduotis tradiciniams teleskopams, kad konkrečiame dangaus regione gali vykti kažkas, į ką vertėtų pažiūrėti įdėmiau.

Kai kurie iš tokių signalų yra apgaulingi, o tai išaiškėja tik po išsamesnės matematinės analizės, tačiau galimybė geriau suprasti gravitacines bangas skleidžiančius kosminius įvykius yra tokia patraukli, kad pabandyti pasukti teleskopą nauja kryptimi tikrai verta.

Būtent šiuo atveju optiniai teleskopai nematė nieko – nei regimosios, nei kitų elektromagnetinių bangų spektruose juodųjų skylių susijungimas neskleidė visiškai nieko.

Anksčiau šiais metais sklido gandas, kad LIGO taip pat užfiksavo neutroninių žvaigždžių susijungimą, kurį lydėjo didelės energijos fotonų – gama spindulių – pliūpsnis. Neutroninės žvaigždės yra ne tokios masyvios, kaip juodosios skylės, tad joms jungiantis gravitacinės energijos teoriškai išskiriama mažiau. Tačiau tokių įvykių metu beveik neabejotinai į kosmosą pasklinda ir fotonai – matomų arba nematomų bangų spektruose.

O juodosios skylės garsėja savo nenoru išleisti fotonus. Keletas teleskopų – įskaitant orbitinius „Hubble“, „Chandra“ ir „Fermi“ – maždaug tuo metu stebėjo galaktiką NGC 4993. „Chandra“ stebėjimų žurnalas rodo, kad stebėjimai vyko dėl LIGO/VIRGO įspėjimo.

Milžiniška trečio jutiklio nauda

Mokslininkams pastarasis juodųjų skylių susijungimo užfiksavimas buvo svarbus ne tik tuo, kad tai buvo ketvirtasis gravitacijos bangų stebėjimas – kartu tai buvo ir pirmasis stebėjimas, kurį bendrai atliko LIGO bei VIRGO komandos.

Italijoje sumontuotas VIRGO gravitacijos bangų stebėjimui naudoja tuos pačius principus, kaip ir LIGO – matuoja laiką, kurį šviesa keliauja tarp kelių kilometrų atstumu esančių veidrodžių, ir bando užfiksuoti nežymius interferencijos pokyčius.

Žemę kertant gravitacinėms bangoms atstumas tarp veidrodžių nežymiai pasikeičia, tad kinta ir interferencijos pobūdis.

Trijų kilometrų ilgio VIRGO jautrumu nusileidžia jau veikiantiems analogams (LIGO ilgis – keturi kilometrai), tačiau jo prisijungimas yra itin svarbus, nes dvi mokslininkų komandos sutarė sujungti jėgas ir bendromis pajėgomis analizuoti duomenis.

Silpno signalo užfiksavimas trijuose jutikliuose padidina tikimybę, kad signalas yra tikras, be to, trečias jutiklis leidžia kur kas tiksliau nustatyti, kur yra šių bangų šaltinis. Tad trečiojo jutiklio prisijungimas tą Visatos tūrį, kuriame įvyko stambių kūnų susidūrimas, leidžia sumažinti net 20 kartų, palyginti su dviem jutikliais.

Patobulintas VIRGO jutiklis prie LIGO dueto pirmą kartą prisijungė rugpjūtį – po to šie jutikliai 24 dienas veikė kartu. GW170814 signalas buvo užfiksuotas rugpjūčio 14 dieną. Bendri stebėjimai baigėsi tada, kai LIGO nutraukė savo darbą ir buvo uždarytas aptarnavimo bei tobulinimo darbams. Bet jau šis ne visas mėnuo parodė, kad bendradarbiavimas yra labai produktyvus.

„Mūsų preliminarios analizės metu išaiškėjo keletas į gravitacines bangas panašių kandidatų, kuriuos užfiksavome ir LIGO, ir VIRGO duomenyse.“

Kitas bendro stebėjimo laikotarpis numatomas 2018 m. rugpjūtį. Bendro projekto atstovas spaudai, Masačusetso technologijų instituto (JAV) mokslininkas Davidas Shoemakeris sakė, kad trečio detektoriaus prijungimas bus labai naudingas.

„Kito stebėjimo, kuris numatytas 2018 m. rudenį, metu galime tikėtis tokius signalus fiksuoti kas savaitę ar net dažniau.“

O tai reiškia, kad ateityje žinios apie juodųjų skylių ar masyvių žvaigždžių susidūrimus taps tokiomis pačiomis nuobodžiomis, kaip ir naujų egzoplanetų atradimas. Bet toks rutininis susidūrimų fiksavimas drauge reikštų, kad mokslas pereina nuo tiesiog sužinojimo, kad tokių įvykių Visatoje pasitaiko, prie susijungimų ir juose dalyvaujančių juodųjų skylių statistinės analizės, kuri mums daug papasakotų apie Visatą apskritai. O tai nėra taip jau blogai.

Mokslinis darbas, aprašantis VIRGO ir LIGO bendrą stebėjimą, priimtas publikuoti leidinyje „Physical Review Letters“.