Wszystko zaczęło się 23 listopada 2023 roku, gdy sieć detektorów fal grawitacyjnych LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) odnotowała niezwykle silny sygnał, który został skatalogowany pod numerem GW231123. Jego źródłem była zderzenie dwóch wyjątkowo masywnych czarnych dziur – jedna z nich miała około 100 mas Słońca, druga aż 140 mas Słońca. W wyniku ich zderzenia powstała nowa, gigantyczna czarna dziura o masie blisko 225 Słońc (pozostałych 15 mas Słońca zostało w zderzeniu zamienione w czystą energię fal grawitacyjnych). To absolutny rekord, jeśli chodzi o obiekty wykryte w ten sposób – dotąd największa czarna dziura, zidentyfikowana w 2021 roku i będąca wynikiem zderzenia GW190521, miała „zaledwie” 140 mas Słońca.
Fale grawitacyjne, teoretycznie przewidziane już ponad sto lat temu przez Alberta Einsteina to nic innego jak zmarszczki czasoprzestrzeni powstające podczas najbardziej gwałtownych zdarzeń we Wszechświecie – takich jak zderzenia czarnych dziur czy gwiazd neutronowych. Przez długie dekady fale grawitacyjne pozostawały jednak tworem czysto teoretycznym. Sytuacja zmieniła się dopiero w 2015 roku, kiedy to interferometr LIGO już podczas rozruchu po raz pierwszy zarejestrował przewidziany przez Einsteina sygnał potwierdzający, że fale grawitacyjne są tworem rzeczywistym.
Czytaj także: Nie wystarczy ci wyobraźni. Najgęstszy obiekt we wszechświecie pęka jak skorupka jaja
Od tamtej pory amerykańskie obserwatorium LIGO, europejskie Virgo i japońskie KAGRA działają wspólnie, tworząc globalną sieć detekcji fal grawitacyjnych – LVK. Ich współpraca przyniosła spektakularne rezultaty: do dziś wykryto już niemal 300 takich sygnałów, z czego ponad 200 w samej tylko czwartej kampanii obserwacyjnej, trwającej od maja 2023 roku.
Zdarzenie GW231123 jest jednak wyjątkowe pod innym względem. Obie czarne dziury uczestniczące w zderzeniu obracały się z ekstremalnie wysoką prędkością, de facto bardzo blisko granicy przewidywanej przez teorię względności. To problem, bowiem stworzenie modelu takiego zderzenia jest wyjątkowo trudne. Symulacje komputerowe wymagają modyfikacji lub opracowania całkiem nowych rozwiązań, co nie należy do prostych zadań.
Jeszcze bardziej intrygujące są jednak wnioski dotyczące pochodzenia tych gigantycznych czarnych dziur. Naukowcy wskazują bowiem, że obiekty o tak dużej masie i wysokiej rotacji nie mogły powstać w wyniku zapadnięcia się pojedynczych gwiazd. Prawdopodobnie są to tzw. czarne dziury drugiej generacji – obiekty, które same powstały w wyniku wcześniejszych zderzeń mniejszych czarnych dziur. Wychodzi zatem na to, że wiele czarnych dziur o wysokiej masie można wyjaśnić wielokrotnym zderzeniem się coraz czarnych dziur, które za każdym razem łączą się ze swoimi towarzyszami w coraz masywniejsze obiekty tego typu.
Czytaj także: Czy zderzenia czarnych dziur mogą unicestwić Wszechświat?
Naukowcy z zespołu LVK podkreślają, że GW231123 może być znacznie bardziej złożonym przypadkiem niż typowe zderzenie dwóch czarnych dziur. To wydarzenie zmusza astrofizyków do ponownego przemyślenia obowiązujących teorii i modeli. Kto wie, być może w tym konkretnym przypadku doszło do zderzenia trzech czarnych dziur, a być może do zderzenia dwóch par czarnych dziur, z których powstały składniki opisywanego tu układu podwójnego, który następnie połączył się w jeszcze masywniejszą czarną dziurę. Przed naukowcami jeszcze wiele lat rozwiązywania tej zagadki.
W międzyczasie sieć LVK nie zwalnia tempa. Czwarta kampania obserwacyjna trwa w najlepsze i naukowcy są przekonani, że kolejne rekordy i zaskakujące odkrycia są tylko kwestią czasu. Fale grawitacyjne, choć niewidoczne dla oka, zaczynają coraz śmielej odsłaniać przed nami najciemniejsze i najbardziej tajemnicze zakamarki Wszechświata.