LIGO și Fecioara au detectat o coliziune între o gaură neagră și un obiect misterios

Ondulările din spațiu-timp au dezvăluit o coliziune îndepărtată între o gaură neagră și un obiect misterios, care pare prea masiv pentru a fi o stea neutronică, dar nu suficient de masiv pentru a fi o gaură neagră.

La prima vedere, evenimentul – detectat de detectoarele de unde gravitaționale LIGO și Virgo pe 14 august 2019 – arăta ca o coliziune între o gaură neagră și o stea neutronică (SN: 15/08/19). Dar o nouă analiză a undelor gravitaționale care emană de la fuziune spune o poveste diferită. Acesta arată că o gaură neagră de aproximativ 23 de ori mai masivă decât soarele s-a prăbușit într-un obiect compact de aproximativ 2,6 mase solare, raportează cercetătorii pe 23 iunie în Scrisori din jurnalul astrofizic.

Acel obiect cu masa solară de 2,6 este mai greu decât presupusul plafon de masă solară de 2,5 pe dimensiunea stelei cu neutroni. Dar este mai mică decât cea mai ușoară gaură neagră observată vreodată, adică aproximativ cinci mase solare. „Avem [here] fie cea mai grea stea neutronică cunoscută… fie avem cea mai ușoară gaură neagră cunoscută”, spune Cole Miller, astrofizician la Universitatea din Maryland din College Park, care nu este implicat în lucrare.

Se crede că stelele neutronice, care sunt rămășițe stelare dense lăsate în urmă de exploziile stelare, au o valoare maximă de aproximativ 2,5 mase solare, deoarece orice stea mai mare este susceptibilă de a se mototoli sub propria greutate. Găurile negre mai mici de aproximativ cinci mase solare sunt teoretic posibile, „nu am avut nicio dovadă observațională a unor astfel de găuri negre de masă mică”, spune coautorul Vicky Kalogera, un astrofizician la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois. Asta ar putea însemna că astfel de obiecte sunt foarte rare sau că sunt atât de greu de observat încât au fost trecute cu vederea în căutările anterioare.

Din păcate, această fuziune singuratică nu a lăsat în urmă suficiente indicii pentru ca astronomii să-și dea seama de identitatea enigmaticului obiect de masă solară de 2,6. După ce Observatorul Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, sau LIGO, cu sediul în SUA, și experimentul său soră din Italia, Advanced Virgo, au detectat fuziunea, zeci de telescoape terestre și spațiale au cercetat cerul în căutarea luminii care radia de la locul accidentului. Dar nu au găsit nimic.

Această observație – sau lipsa acesteia – se potrivește cu ideea că obiectul misterios este o gaură neagră, deoarece coliziunile cu găurile negre nu sunt, în general, considerate a emite nicio lumină. Dar s-ar putea potrivi și cu explicația stelei neutronice. Deși spargerile care implică stele neutronice pot arunca multă lumină (SN:10/16/17), este posibil ca această coliziune – la aproape 800 de milioane de ani lumină distanță – să fi fost pur și simplu prea departe pentru ca telescoapele să-și vadă radiația. Sau poate că gaura neagră și-a înghițit micul său însoțitor stea neutronică dintr-o singură înghițitură, făcând-o să dispară fără urmă.

Dacă ultimul scenariu este adevărat, „asta înseamnă că [the pair of objects] a avut momentul său de glorie a undelor gravitaționale”, spune Miller, iar acum gaura neagră mai mare forjată în fuziune este „condamnată să rătăcească în vastul gol al spațiului, probabil că nu emite niciodată o altă privire”.

Observațiile unor evenimente similare în viitor ar putea oferi dovezi în favoarea teoriei găurii negre mici sau a stelei cu neutroni mari, spune Kalogera. Dacă obiectele de dimensiuni medii în viitoarele coliziuni tind să fie toate între aproximativ 2,5 și trei mase solare, ea bănuiește că asta ar însemna astronomii descoperă o varietate mai grea de stele neutronice care a fost văzută în trecut. Dacă, pe de altă parte, astronomii detectează multe obiecte ale căror mase variază de la aproximativ 2,5 până la cinci mase solare, asta ar putea indica umplerea unei populații de găuri negre mici, trecute cu vederea anterior.

Kalogera și Miller amândoi înclină mai mult spre ideea că obiectul misterios este o gaură neagră ușoară decât o stea neutronică grea. Dacă este, asta ridică o altă întrebare: cum s-a asociat o astfel de gaură neagră de mărimea unei halbe cu un partener mult mai mare decât ea însăși.

Găurile negre fac de obicei echipă cu parteneri de o greutate similară. Cele mai multe fuziuni detectate de LIGO și Virgo au implicat găuri negre destul de egale (SN: 20/04/2020). Dar gaura neagră mai mare implicată în această fuziune a fost de aproximativ nouă ori mai masivă decât omologul său enigmatic, ridicând întrebări despre ce ar fi putut aduce împreună un cuplu atât de ciudat. Și aici, astronomii speră că viitoarele observații ale undelor gravitaționale ale unor astfel de perechi ciudate ar putea oferi răspunsuri.