Gravitační vlny odhalily: Černé díry mají tři odlišné rodokmeny, mění se pohled na vesmír

Astronomové po léta předpokládali, že splývající černé díry pocházejí z jediné univerzální cesty – masivní hvězdy se zhroutí, vytvoří černé díry a nakonec se srazí. Nová analýza signálů gravitačních vln však naznačuje, že skutečnost je mnohem složitější.

Astronomové po léta předpokládali, že splývající černé díry pocházejí z jediné univerzální cesty – masivní hvězdy se zhroutí, vytvoří černé díry a nakonec se srazí. Nová analýza signálů gravitačních vln však naznačuje, že skutečnost je mnohem složitější. Vědci, kteří studovali data z kolaborace LIGO-Virgo-KAGRA, nyní tvrdí, že splývání černých děr spadá do tří odlišných rodin, z nichž každá je formována jiným původem.

Tato informace má zásadní význam, protože černé díry nejsou jen konečným stádiem hvězd, ale také záznamem toho, jak hvězdy žijí, interagují a umírají. Pokud existuje více cest vzniku, znamená to, že vesmír vytváří černé díry více způsoby, a každá cesta zanechává měřitelnou stopu v datech. Výzkumníci pracovali se čtvrtým katalogem gravitačních vln, GWTC-4, který obsahuje více než 150 potvrzených splývání černých děr. Až donedávna se vědci snažili vysvětlit tento rostoucí soubor dat jediným, jednotným modelem.

Hlavní výzvou bylo, že pozorované vlastnosti, jako jsou hmotnosti a rotace, se neřídily plynulým vzorcem. Pokud by dominoval jeden proces formování, distribuce by měla být postupná a spojitá. Místo toho data vykazovala jasné nepravidelnosti. Tým zkoumal rozložení hmotnosti a zjistil silné shlukování kolem desetinásobku hmotnosti Slunce a další kolem 35násobku hmotnosti Slunce. Byly také patrné změny v chování rotací, zejména kolem 20 a 40 hmotností Slunce. Tyto rysy naznačovaly, že by mohly působit různé fyzikální procesy. K otestování této hypotézy vědci vytvořili simulace, které kombinovaly více hypotetických populací černých děr.

Výsledkem, který nejlépe reprodukoval skutečná pozorování, nebyla jediná populace, ale směs tří odlišných skupin. První a největší skupina tvoří asi 79 procent všech pozorovaných splývání a shlukuje se kolem 10 hmotností Slunce. Tyto systémy se jeví jako relativně jednoduché a uspořádané. Černé díry se otáčejí pomalu, jejich rotace jsou zarovnány s jejich oběžným pohybem a dochází k velmi malému kolísání. Takové čisté chování silně poukazuje na původ v izolovaných binárních systémech, kde se dvě hvězdy rodí společně, vyvíjejí se bok po boku, vyměňují si hmotu a nakonec se zhroutí do černých děr, které splynou bez rušení z okolí.

Druhá skupina, která tvoří zhruba 14,5 procenta populace, se soustředí kolem 35 hmotností Slunce a vypadá znatelně chaotičtěji. Černé díry mají tendenci mít podobné hmotnosti, ale jejich rotace jsou pouze částečně zarovnány a systémy vykazují více kolísání. To naznačuje dynamičtější prostředí. Vědci předpokládají, že tyto binární systémy se pravděpodobně formují v hustých oblastech, jako jsou kulové hvězdokupy, kde interaguje mnoho hvězd a černých děr. V takových prostředích mohou gravitační setkání spojit černé díry dohromady nebo narušit stávající páry, což vede ke smíšeným orientacím rotací a složitějšímu pohybu pozorovanému v datech.