Sunt necesare mai multe evenimente pentru a stabili povestea de fundal a undelor gravitaționale

SAN DIEGO — În timp ce astrofizicienii sărbătoresc a doua detecție a ondulațiilor în spațiu-timp (SN Online: 15.06.16), ei caută, de asemenea, să descopere ce a dus la aceste cutremure cosmice. Găurile negre care se ciocnesc în galaxii îndepărtate ne-au trimis undele gravitaționale. Dar cum au ajuns acești duouri într-o îmbrățișare nefastă, în primul rând, nu se știe.

Cu doar două detectări clare de la Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser avansat și un al treilea candidat marginal, nu există suficiente informații pentru a ne da seama cu siguranță cum s-au format aceste găuri negre binare. Dar există două idei conducătoare.

Prima este că două stele grele, fiecare de peste 20 de ori mai masive decât soarele, se nasc, trăiesc și detonează împreună. Moartea lor ar lăsa în urmă o pereche de găuri negre ghemuite una lângă alta. În cele din urmă aveau să se învârtească împreună într-o coliziune spectaculoasă (SN: 19.3.16, str. 5).

O altă idee este că găurile negre se găsesc între ele în forfota unui grup dens de stele. În cadrul acestor grupuri aglomerate, stelele și găurile negre se împing gravitațional unele pe altele. „Studentul meu absolvent o numește o groapă de găuri negre”, a declarat Frederic Rasio, astrofizician la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois, pe 15 iunie, în timpul unui briefing de știri la o întâlnire a Societății Americane de Astronomie.

Rasio și colegii au dezvoltat simulări pe computer care investighează modul în care locuitorii acestor grupuri interacționează între ei. Găurile negre se instalează în centrul clusterului, unde unele sunt prinse în îmbrățișarea gravitațională a altuia. Confruntări continue cu alte găuri negre rătăcitoare aruncă aceste perechi din cluster, lăsând cuplul să se avânte peste galaxie și, în cele din urmă, să se contopească într-o singură gaură neagră.

Nu există nicio modalitate de a spune dacă cele două perechi de găuri negre găsite de LIGO s-au format ca frați stelari sau veri de cluster. Dar testele ar putea fi făcute pe măsură ce se găsesc mai multe.

Măsurarea rotațiilor găurilor negre ar putea face distincția între scenariile de formare, spune Rasio. Găurile negre de la stelele pereche anterior se vor învârti în același mod; cei care s-au conectat într-un grup de stele au mai multe șanse să se învârtească în direcții aleatorii. În timp ce cercetătorii LIGO raportează că una dintre găurile negre din cea mai recentă detectare se învârtea, ei nu pot spune care era sau în ce direcție îndrepta axa de rotație.

Un alt test necesită găsirea coliziunilor pe o gamă de distanțe de Pământ. Deoarece este nevoie de timp pentru ca undele gravitaționale să ajungă la noi, impacturi mai îndepărtate au avut loc mai devreme în istoria cosmică. Dacă astronomii observă o creștere a coliziunilor care are loc în aceeași perioadă în care formarea de stele a atins apogeul în universul timpuriu, atunci perechile de stele masive sunt cele mai probabile vinovate, spune Vicky Kalogera, astrofizician și de la Northwestern.

„Acest lucru are un mare potențial de a ne spune cum s-au format găurile negre binare”, spune ea. „Dar avem nevoie de un eșantion mai mare.”

Cu detectoare îmbunătățite, cercetătorii ar putea în cele din urmă să asculte întregul univers observabil – și toată istoria cosmică până la primul val de formare a stelelor. „Găurile negre mari provin de la stele mari”, spune Jonah Kanner, un astrofizician Caltech. Și se crede că primele stele au fost de sute de ori mai masive decât soarele nostru. Dacă LIGO ar fi de 10 ori sensibilitatea actuală, spune el, „am putea afla despre prima generație de stele. Este o astrofizică interesantă.”

Un astfel de salt ar necesita o facilitate mult mai ambițioasă, cum ar fi un LIGO complet cu brațe lungi de 40 de kilometri, spune Kanner (LIGO de astăzi are o zecime din această dimensiune). „Acesta este genul de concept în care pot visa cu ochii deschiși”, spune el. Deocamdată este doar un vis, dar în următorii ani, noi observatoare vor veni online și vor aduce cu ele îmbunătățiri progresive în ceea ce privește măsura în care cercetătorii pot sonda.

LIGO în sine este în curs de modernizare și va fi reactivat în această toamnă. Detectorul VIRGO din Italia ar trebui să revină în funcțiune la începutul lui 2017, după mai mult de cinci ani de renovare. În Japonia, instalația KAGRA este în construcție și intenționează să înceapă în funcțiune în 2018. Iar guvernul indian a dat recent aprobarea pentru a construi o a treia unitate LIGO.

„Acesta este doar începutul astronomiei undelor gravitaționale”, a declarat purtătorul de cuvânt al VIRGO, Fulvio Ricci, fizician la Universitatea Sapienza din Roma. „Am făcut-o, apoi am făcut-o din nou și o vom face din nou în viitor.”