Miljardeid aastaid tagasi liitusid kaks Päikesest palju massiivsemat musta auku - kumbki 31 ja 19 päikesemassi - kauges galaktikas. 4. jaanuaril 2017 jõudsid need valguskiirusel Universumit läbivad gravitatsioonilained lõpuks Maale, kus pigistasid ja venitasid meie planeeti mitmeks aatomiks. Sellest piisas kahele LIGO detektorile Washingtonis ja Louisianas, et signaal kätte saada ja täpselt juhtunu rekonstrueerida. Juba kolmandat korda ajaloos oleme otseselt jälginud gravitatsioonilaineid. Vahepeal otsisid kogu maailma teleskoobid ja observatooriumid, sealhulgas Maa orbiidil olevad, täiesti erinevat signaali: midagi sellist nagu valgus või elektromagnetkiirgus, mida need ühinevad mustad augud võiksid anda.
Näide kahest ühinevast mustast august, mille mass on võrreldav LIGO-s nähtutega. Eeldatakse, et selline sulandumine peaks tekitama väga vähe elektromagnetilisi signaale, kuid tugevalt kuumutatud aine olemasolu selliste objektide läheduses võib seda muuta.
Meie parimate füüsikamudelite kohaselt ei tohiks mustade aukude ühendamine üldse valgust eraldada. Massiivne singulaarsus, mida ümbritseb sündmuste horisont, võib kiirendada gravitatsioonilaineid aegruumi muutuva kõveruse tõttu, kuna see pöörleb ümber teise hiiglasliku massi ja üldrelatiivsusteooria viitab sellele. Kuna gravitatsiooniline energia kiirguse kujul peab tulema kuskilt, on pärast ühinemist lõplik must auk mitu päikesemassi kergem kui seda tekitanud allikate summa. See on täielikult kooskõlas kahe teise ühinemisega, mida LIGO täheldas: umbes 5% algsetest massidest muudeti gravitatsioonikiirguse kujul puhtaks energiaks.
Tuntud binaarsete mustade aukude süsteemide massid, sealhulgas kolm kinnitatud LIGO ühinemist ja üks ühinemiskandidaat
Kuid kui väljaspool neid musti auke on midagi, näiteks akretsiooniketas, tulemüür, kõva kest, hajutatud pilv või midagi muud, võib selle materjali kiirendamine ja kuumutamine tekitada elektromagnetkiirgust, mis liigub koos meie gravitatsioonilainetega. Pärast esimest LIGO tuvastamist teatas Fermi gammakiirguse purske Monitor, et ta on avastanud suure energia purske, mis langeb kokku gravitatsioonilaine signaali ajaga. Kahjuks ei suutnud ESA satelliit mitte ainult Fermi tulemusi kinnitada, vaid seal töötanud teadlased avastasid Fermi andmete analüüsimisel vea, diskrediteerides nende tulemusi.
Kahe musta augu liitmine kunstniku pilgu läbi koos akretsioonikettaga. Mateeria tihedusest ja energiast ei tohiks siin gammakiirte ega röntgenpuhangute tekitamiseks piisata, kuid kes teab, milleks loodus on võimeline.
Teine ühinemine ei näidanud selliseid elektromagnetiliste signaalide vihjeid, kuid see pole üllatav: mustade aukude mass oli oluliselt kergem, nii et nende genereeritud signaal oleks vastavalt väiksem. Kuid ka kolmas ühinemine oli massiliselt suur, võrreldav rohkem esimese kui teisega. Kuigi Fermi ei öelnud midagi ja ka ESA satelliit Integral vaikis, oli kaks vihjet elektromagnetilise kiirguse tekkimise kohta. Itaalia kosmoseagentuuri satelliit AGILE salvestas nõrga, lühiajalise ägenemise, mis toimus pool sekundit enne ühinemist LIGO-s ning röntgen-, raadio- ja optilised vaatlused kokku tuvastati kummaliselt.
Kui seda kõike saaks seostada mustade aukude liitmisega, oleks see täiesti uskumatu. Me teame mustadest aukudest üldiselt nii vähe, mida saame öelda nende ühendamise kohta. Me pole neid kunagi oma silmaga näinud, kuigi Event Horizoni teleskoop teeb omamoodi pildi enne selle aasta lõppu. Saime just sel aastal teada, et mustadel aukudel pole sündmuste horisondi ümbritsevaid raskeid kestasid, kuid see fakt oli ka statistiline. Nii et kui rääkida võimalusest, et mustadel aukudel võib olla elektromagnetilisi lekkeid, tasub hoida avatud meelt.
Reklaamvideo:
Kaugete massiivsete kvaasaride tuumades on ülisuured mustad augud ja nende elektromagnetilisi lekkeid on lihtne tuvastada. Kuid me pole veel näinud, et ühinevad mustad augud (eriti madala massiga, alla 100 päikese) eraldaksid midagi, mida oleks võimalik tuvastada.
Kahjuks ei paku ükski neist tähelepanekutest vajalikke andmeid, mis viiks meid järeldusele, et mustade aukude liitmine võib elektromagnetilisest spektrist midagi eraldada. Üldiselt on veenvaid tõendeid saada üsna keeruline, sest isegi kaksikud LIGO-detektorid, mis töötavad uskumatu täpsusega, ei suuda gravitatsioonilaine signaali asukohta täpsemini määrata kui kuni tähtkujuni või kolmeni. Kuna gravitatsioonilained ja elektromagnetlained liiguvad valguskiirusel, on äärmiselt ebatõenäoline, et nende kahe vahel tekib ligi 24-tunnine viivitus. Lisaks toimub mööduv sündmus kaugusel, mis ei võimalda seda seostada gravitatsioonilainega.
Observatooriumi AGILE vaatlusala LIGO vaatluste ajal koos gravitatsioonilaine allika võimaliku asukohaga lillade kontuuridega
AGILE tähelepanekud võivad potentsiaalselt vihjata sellele, et midagi huvitavat toimub. Hetkel, kui gravitatsioonilaine sündmus avastati, oli AGILE suunatud kosmosepiirkonnale, mis sisaldab 36% LIGO uurimisalast. Teadlaste sõnul ilmnes "tuvastatud röntgenkiirte footonite liig" kusagil tavalise keskmise tausta kohal. Kuid andmeid vaadates esitavad teadlased esimese küsimuse: kui veenvad nad on?
Sekundid enne LIGO ühinemist tõmbasid nad välja huvitava sündmuse, mille ülaltoodud kolmes graafikus oli silt E2. Pärast põhjalikku analüüsi, milles nad korreleerisid nähtut ja millised juhuslikud kõikumised võivad loomulikult esineda, jõudsid nad järeldusele, et 99,9% tõenäosusega oli juhtunud midagi huvitavat. Teisisõnu nägid nad tõelist signaali, mitte juhuslikke kõikumisi. Universumis on palju objekte, mis eraldavad tausta gamma- ja röntgenikiirgust. Kuid kas vahejuhtumit võib seostada kahe musta augu gravitatsioonilise ühinemisega?
Kahe musta auku ühinemise ja gravitatsioonilainete tekitamise arvutisimulatsioonid. Küsimus on selles, kas see signaal kaasneb mõne elektromagnetilise purskega?
Kui jah, siis miks teised satelliidid seda ei näinud? Praegu võime järeldada, et kui mustadel aukudel oli elektromagnetiline osa, siis:
- äärmiselt nõrk
- sünnib ainult madalatel energiatel
- sellel ei ole eredat optilist, raadio- ega gammakiirguse komponenti
- ei toimu samaaegselt gravitatsioonilainete vabanemisega.
LIGO poolt esmakordselt registreeritud 30 päikesemassist koosnevaid binaarseid musti auke on ilma otsese varinguta raske moodustada. Nüüd, kui neid on juba kaks korda täheldatud, selgus, et sellised mustade aukude paarid on üsna tavalised. Kas neil on elektromagnetkiirgust?
Lisaks sobib kõik, mida näeme, suurepäraselt sellega, et mustade aukude liitmisel pole elektromagnetilist osa. Kuid kas see võib olla tingitud sellest, et meil pole piisavalt andmeid? Kui me ehitame rohkem gravitatsioonilaine detektoreid, näeme rohkem suurte massidega mustade aukude ühinemisi, neid paremini lokaliseerime, näeme rohkem mööduvaid sündmusi - saame teada vastuse sellele küsimusele. Kui missioonid ja vaatluskeskused, mis peaksid selliseid andmeid koguma, ehitatakse üles, tellitakse ja suunatakse vajadusel orbiidile, siis saame 15 aasta pärast teadusliku kinnituse.
ILYA KHEL
