Trk orjaških črnih lukenj in rojstvo nove

Detektorja LIGO v Združenih državah sta se 23. novembra 2023 zatresla - detektirala sta gravitacijske valove trka dveh črnih lukenj. Detekcije kozmičnih trkov, pri katerih nastane ena sama, masivnejša črna luknja, so postali že kar stalnica. Do sedaj sta detektorja, s pomočjo detektorjev VIRGO v Italiji in KAGRA na Japonskem, detektirala že okoli 300 trkov. 

A ta trk je bil nekaj posebnega. Analiza je pokazala, da sta imeli črni luknji pred trkom masi 137 in 103 mas Sonca. To sta zelo visoki vrednosti. Obenem sta se črni luknji pred trkom zelo hitro vrteli okoli lastne osi, praktično na meji možnega. 

Teoretični modeli imajo kar nekaj težav pojasniti nastanek takih črnih lukenj. V tem primeru govorimo o tako imenovanih zvezdnih črnih lukenj, ki jih ločimo od supermasivnih črnih lukenj (z masami več milijonov ali milijard mas Sonca). Zvezdne črne luknje nastanejo pri eksplozivnih smrtih masivnih zvezd (npr. ob supernovah). Modeli pokažejo, da naj bi na ta način težko dobili črne luknje z maso med 60 in 130 mas Sonca. So modeli napačni?

Preden začnemo paničariti, se moramo zavedati, da izmerjene mase pridejo z napako. V resnici meritev pokaže, da je najbolj verjetna masa prve črne luknje med 120 in 159 masami Sonca, druge črne luknje pa med 51 in 123 masami Sonca. Mogoče je torej, da sta v obeh primerih črne luknje ravno še v območju, ki ga dovoljuje teorija. 

Bolj verjetno je, da sta ti dve črni luknji produkta dveh zgodnejših trčenj še manj masivnih črnih lukenj. Takšen trk bi pojasnil tudi hitro vrtenje, kakršnega ne pričakujemo pri eksplozijah osamljenih zvezd.

Kakorkoli, novonastala črna luknja ima maso med 190 in 265 mas Sonca. To je daleč najbolj masivna zvezdna črna luknja, kar smo jih do sedaj odkrili.

Odkritje je zanimivo tudi za razumevanje rasti črnih lukenj. Še vedno ni povsem jasno, kako dobimo črne luknje z maso tisoč, milijon ali več mas Sonca. Ena izmed možnosti je, da črne luknje rastejo hierarhično, torej da črne luknje manjših mas z zlivanjem postajajo vedno masivnejše. Odkritje črne luknje z dvestokrat večjo maso od Sonca, ki je nedvomno nastala z zlivanjem, je pokazalo, da načeloma ta scenarij ni povsem za lase privlečen.

Naslovna slika: Najnovejše odkritje je predstavljeno v tej infografiki. Avtorstvo: Simona J. Miller / Caltech