Era astronomii grawitacyjnej nadeszła. 161 nowych sygnałów ujawnia tajemnice czarnych dziur

„Nadzwyczajna czułość naszych detektorów pozwala nam rejestrować trzy lub cztery sygnały fal grawitacyjnych tygodniowo” – mówi Ed Porter, badacz z AstroParticle and Cosmology Laboratory we Francji. Dzięki temu astronomia grawitacyjna przestała być polowaniem na pojedyncze zdarzenia, a stała się dziedziną precyzyjnych badań. Nowy katalog kolaboracji LIGO-Virgo-KAGRA, zawierający 161 nowych sygnałów, otwiera drzwi do zrozumienia, jak rodzą się i ewoluują czarne dziury.

Detektory, które nasłuchują wszechświata

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Fale grawitacyjne to zmarszczki czasoprzestrzeni przewidziane przez Einsteina, wywoływane przez najbardziej gwałtowne zdarzenia w kosmosie – zderzenia czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Od pierwszego wykrycia w 2015 roku obserwatoria LIGO w USA, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii nieustannie nasłuchują tych kosmicznych szeptów. Jak informuje Scientific American, w okresie od kwietnia 2024 do stycznia 2025 sieć zarejestrowała aż 161 potwierdzonych lub wysokiej jakości zdarzeń, co stanowi około 75 procent wszystkich dotychczasowych detekcji.

Łączna liczba zaobserwowanych sygnałów wzrosła tym samym do 390. Tak bogaty zbiór danych pozwala badać zjawiska zbyt odległe lub słabe dla tradycyjnych teleskopów. Porter zaznacza: „przeszliśmy od ery pierwszych odkryć do ery precyzyjnej astronomii grawitacyjnej”.

Rekordowe sygnały i zagadka czarnych dziur drugiej generacji

→ Czytaj też: Odkryto imię majańskiego matematyka-astronoma. Żył 1300 lat temu

W nowym katalogu znalazło się kilka szczególnie intrygujących detekcji. Zdarzenie oznaczone jako GW240615 umożliwiło naukowcom dokładne ustalenie położenia jego źródła na niebie dzięki triangulacji. Natomiast GW250114 okazał się najczystszym sygnałem w historii – stosunek sygnału do szumu wyniósł 76,9, co oznacza, że był wyjątkowo wyraźny.

„To kolejna wskazówka, że wszechświat wciąż skrywa istotne elementy układanki dotyczącej narodzin, ewolucji i łączenia się czarnych dziur” – komentuje Mario Spera z Międzynarodowej Szkoły Zaawansowanych Studiów (SISSA) we Włoszech.

Szczególne zainteresowanie wzbudziły zdarzenia GW241011 i GW241110. Według badaczy wspierają one hipotezę o istnieniu czarnych dziur drugiej generacji – obiektów powstałych wyłącznie w wyniku wcześniejszych połączeń mniejszych czarnych dziur. To znaczy, że niektóre z gigantów, których fale rejestrujemy, same są dziećmi kosmicznych kolizji.

Co mówią nam czarne dziury?

Precyzyjne pomiary fal grawitacyjnych pozwalają astronomom odczytywać masy, spiny i odległości zderzających się obiektów. Dzięki temu możemy badać populacje czarnych dziur w różnych epokach kosmicznych i sprawdzać, czy zgadzają się one z przewidywaniami modeli ewolucji gwiazd. Dotychczasowe katalogi dostarczały pojedynczych migawek. Teraz otrzymujemy film poklatkowy dziejów czarnych dziur.

Spera tłumaczy: „każdy kolejny katalog fal grawitacyjnych wzbogaci i zaskoczy ten obraz”. Im więcej danych, tym lepiej naukowcy rozumieją, w jakich środowiskach powstają układy podwójne, jak często dochodzi do zderzeń i czy istnieje górna granica masy dla czarnych dziur powstałych z kolapsu gwiazd.

Przyszłość astronomii grawitacyjnej

Kolaboracja LVK już pracuje nad dalszym zwiększaniem czułości detektorów. W planach są kolejne modernizacje, które mają umożliwić wykrywanie słabszych sygnałów i sięganie jeszcze dalej w przeszłość kosmosu. Każdy nowy sygnał to cegiełka do układanki, która kiedyś być może zdradzi nam, co działo się w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Jak czytamy w tym samym opracowaniu, astronomia wielkich teleskopów optycznych zyskała potężnego sojusznika, który patrzy na wszechświat zupełnie inaczej – nie przez światło, lecz przez drgania samej czasoprzestrzeni. Era astronomii grawitacyjnej właśnie się rozpoczęła.