Gravitacioni ples dve crne rupe…NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Christopher Go

Izvori gravitacionih talasa koje su detektovale interferometarske laserske gravitacione opservatorije LIGO i Virgo, od 2015. godine do danas, su sudari crnih rupa, neutronskih zvezda i sudari crnih rupa i neutronskih zvezda. Svi ovi događaji dogodili su se na prilično velikim udaljenostima od više miliona do više milijardi svetlosnih godina.

Danas znamo da se u centru Mlečnog puta nalazi supermasivna crna rupa koja pod gravitacionim ključem drži gotovo sva tela koja čine našu galaksiju. Ima indicija da tamo postoji bar još jedna a moguće je i više crnih rupa, manje mase. To otvara pitanja: Da li u centru Mlečnog puta postoji više crnih rupa? Šta bi se dogodilo ako se one jednog dana sudare? Kakav bi gravitacioni talas nastao i kakvu bi buru u tkivu prostora- vremena izazvao, obzirom na blizinu?

Smadar Naoz, vanredna  profesorica na katedri za fiziku i astronomiju, UCLA, na odseku za astronomiju i astrofiziku i član izvršnog odbora Instituta za teorijsku fiziku Bhaumik piše u svom radu o traženju crne rupe, mogućeg pratioca supermasivne crne rupe u centru Mlečnog puta.

Crne rupe su intrigantni sistemi a supermasivne crne rupe i njihova gusta zvezdana okruženja predstavljaju jedno od najekstremnijih mesta u našem univerzumu.

Supermasivna crna rupa Sgr A * u centru naše galaksije ima masu oko 4 miliona puta veću od mase našeg Sunca. Crna rupa je mesto u prostoru u kome je gravitacija toliko jaka da iz nje ne mogu pobeći ni čestice svetlost. Okolo Sgr A * je gust niz zvezda. Precizna merenja orbita ovih zvezda omogućila su astronomima da potvrde postojanje ove supermasivne crne rupe i da izmere njenu masu. Više od 20 godina naučnici prate orbite ovih zvezda oko supermasivne crne rupe. Na osnovu onoga što smo videli, moje kolege i ja ukazujemo da ako tamo postoji pratioc, to bi mogla biti druga crna rupa čija je masa najmanje 100 000 veća od mase Sunca.

Skoro svaka galaksija ima supermasivnu crnu rupu u svom jezgru, sa masama od milion do milijardi puta većim od mase Sunca. Astronomi još uvek proučavaju zašto jezgra galaksija imaju supermasivnu crnu rupu. Ali, čini se da crne rupe vole da budu u parovima.

Da bismo razumeli ovu ideju moramo se vratiti u vreme kada je svemir bio star oko 100 miliona godina do pojave prvih galaksija koje su bile mnogo manje od današnjih galaksija, oko 10 000 ili više puta manje od Mlečnog puta. Unutar tih ranih galaksija od prvih zvezda su nastale crne rupe, sa masom desetak do hiljadu puta većom od mase Sunca. Te crne rupe su potonule do težišta, centra njihove galaksije. Budući da se galaksije razvijaju spajanjem i sudaranjem jedna s drugom, to će rezultirati pojavom parova supermasivnih crnih rupa.Te crne rupe se zatim sudaraju i povećavaju. Crna rupa sa masom koja je više od milion puta veća od mase našeg Sunca smatra se supermasivnom.

Ako se dve supermasivne crne rupe okreću oko sebe u bliskoj orbiti, centar galaksije je zaključan u složenom gravitacionom plesu. Dok orbituju jedna oko druge, u isto vreme, svaka povlači svoje zvezde oko sebe. One će kao gravitacioni tegljači povući okolne zvezde ometajući pri tome njihove orbite. Nakon jedne revolucije oko supermasivnog para crnih rupa, zvezda se neće tačno vratiti na tačku u kojoj je započela kretanje.

Koristeći naše razumevanje gravitacione interakcije između mogućeg supermasivnog para crnih rupa i okolnih zvezda, astronomi mogu predvideti šta će se dogoditi sa zvezdama. Astrofizičari poput mojih kolega i mene mogu uporediti naša predviđanja sa opažanjima, a zatim mogu odrediti moguće orbite zvezda i ustanoviti da li supermasivna crna rupa ima saputnika koji vrši gravitacioni uticaj.

Pomoću dobro proučene zvezde S0-2, koja orbitira oko supermasivne crne rupe u centru naše galaksije svakih 16 godina, možemo isključiti ideju da postoji druga supermasivna crna rupa sa masom preko 100 000 puta većom od mase Sunca i oko 200 puta veće udaljenosti Sunca i Zemlje. Da je postojao takav pratioc, mi bismo otkrili njegove efekte na orbitu SO-2.

To ne znači da neka manja crna rupa ipak nije sakrivena tamo. Takav objekat ne može izmeniti orbitu SO-2 na način koji mi za sada možemo da izmerimo.

Supermasivne crne rupe u posljednje vreme privlače veliku pažnju. Nedavna slika takvog giganta u centru galaksije M87 otvorila je novi prozor za razumevanje fizike crnih rupa.

Centar Mlečnog puta udaljen samo 24 000 svetlosnih godina je jedinstvena laboratorija za rešavanje problema fizike supermasivnih crnih rupa. Astrofizičari žele da razumeju njihov uticaj na centralne oblasti galaksija i njihovu ulogu u formiranju i evolucije galaksija. Otkrivanje para supermasivnih crnih rupa u centru galaksije ukazalo bi na to da se Mlečni put u nekom vremenu u prošlosti spojio sa drugom, verovatno malom galaksijom.

Merenja zvezde S0-2 omogućila su da se izvrši jedinstven test Ajnštajnove Opšte teorije relativnosti. Maja 2018. godine S0-2 je prošla pored supermasivne crne rupe na udaljenosti od oko 130 puta većoj od Zemljine udaljenosti od Sunca. Prema Ajnštajnovoj teoriji, talasna dužina svetlosti koju emituje zvezda trebalo bi da se isteže dok se penje iz dubokog gravitacionog bunara supermasivne crne rupe.

Otkriveno je istezanje talasne dužine koju je Ajnštajn predviđao, zbog čega se zvezda čini crvenijom. To je dokazalo da teorija Opšte relativnosti tačno opisuje fiziku u ovoj ekstremnoj gravitacionoj zoni.     

Nestrpljivo očekujem drugi najbliži pristup S0-2, koji će se dogoditi za oko 16 godina, jer će astrofizičari moći da testiraju više Ajnštajnovih predviđanja o opštoj relativnosti, uključujući promenu orijentacije izdužene orbite zvezda. Ako supermasivna crna rupa ima partnera, to bi moglo promeniti očekivani rezultat.

Ako se u galaktičkom centru vrte dve ogromne crne rupe one će emitovati gravitacione talase. Od 2015. godine, opservatorije LIGO i Virgo otkrivaju gravitaciono talasno zračenje koje dolazi iz spajanja crnih rupa i neutronskih zvezda. Ove revolucionarne detekcije otvorile su novi put za percepcju univerzuma.

Talasi koje emituje naš hipotetički par crnih rupa imali bi niske frekvencije, preniske da bi ih LIGO i Virgodetektovali. Svemirski detektor LISA, koji je u pripremi možda će moći da otkrije ove talase što će pomoći astrofizičarima da shvate da li je crna rupa u našem galaktičkom centru sama ili ima partnera.

Izvor: Astronomy