Представяме ви статия на Иля Мандел, почетен професор по теоретична

Представяме ви публикация на Иля Мандел, почетен професор по теоретична астрофизика, Университет в Бирмингам

Едно от най-великите неща в това да бъдеш астрофизик е, че продължаваш да откриваш неща, които не си мислил, че са вероятни. Сега Обсерваторията за гравитационни талази на лазерния интерферометър (LIGO) и Обсерваторията „ Дева “ откриха най-голямата черна дупка до момента. Важно е, тъй като учените в действителност се съмняваха дали черни дупки с сходна маса могат въобще да съществуват.

След месеци толерантен разбор, екипът преди малко заяви за откритието си в публикации в изданията Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.

Черната дупка е открита, тъй като сливането й с малко по-малко солиден сателит излъчва гравитационни талази. Това са талази в галактическото време, които могат да бъдат засечени на Земята – ехото на мощни галактически конфликти, които в тази ситуация са се случили преди милиарди години.

Констатацията е извънредно значима от позиция на проучванията. Тя също по този начин дава отговор на залог измежду астрофизиците.

През февруари 2017 година редица от нас се срещнаха в Центъра за физика в Аспен, в Колорадо, Съединени американски щати. Бяхме разчувствани да обсъждаме резултатите, които към този момент имахме от LIGO. Но ние също чакахме с неспокойствие бъдещите открития и спорихме по какъв начин в действителност се сливат двойки черни дупки.

Обсъждаха се голям брой хрумвания. Едната беше, че двойки солидни звезди последователно се развиват една до друга, до момента в който и двете се срутят в черни дупки и в последна сметка се сливат. Друга беше, че непознатите преди този момент черни дупки могат да бъдат обединени след блъскането с други звезди в гъсти звездни райони. Но кой е главният развой? Събрах няколко участници, с цел да създадем залог, както е показано на фотографията.

В края на живота си – когато звездите останат без нуклеарно гориво и към този момент нямат поддържащия напън, с цел да се опълчват на личната си гравитация – те се срутват. Звездите с ниска маса, в това число нашето Слънце, в последна сметка се трансформират в слаби звездни призраци, известни като „ бели джуджета “. Звездите, които са почнали по-тежки – към осем пъти масата на Слънцето, стават необикновено плътни и дребни обекти, наречени неутронни звезди. И в действителност солидните звезди с повече от 20 слънчеви маси при раждането се трансформират в черни дупки, с крайни маси към 40 слънчеви маси.

Но нещо необичайно от дълго време се допуска, че се случва на доста, доста солидни звезди, може би на тези с първични маси сред към 130 и 250 слънчеви маси, чиито центрове в действителност се нагорещяват (около милиард градуса по Келвин) в края на своята еволюция. Светлината, подскачаща към тези звезди и осигуряваща огромна част от поддържащото налягане, е толкоз енергична, че може да се трансформира в двойки електрони и позитрони (позитроните са антиматериални аналози на електрона – те са съвсем идентични, само че имат противопоставен заряд).

Това от своя страна прави звездата нестабилна: налягането ненадейно спада, центърът на звездата се свива и загрява, а избягалият нуклеарен синтез кара цялата звезда да експлодира в ярка свръхнова „ двойка-нестабилност “, без да остане какъвто и да бил излишък.

Това значи, че в случай че всички черни дупки в сливащите се двойки са основани от колабиращи звезди, не би трябвало да има черни дупки с маси сред 55 и 130 слънчеви маси – звездите, които биха могли да основат такива останки, биха завършили живота си при детонации, които не оставят нищо след себе си. По-масивни черни дупки обаче могат да се образуват от още по-тежки звезди (с повече от 250 слънчеви маси), които не се подлагат на същия нуклеарен синтез и се срутват изцяло в черни дупки.

Но това не би било по този начин, когато черни дупки се сливат в клъстер. Когато две черни дупки се сливат, те основават друга черна дупка, съвсем толкоз тежка, колкото сумата от техните маси. Ако тази черна дупка остане в гъстата среда, тя може да се слее още веднъж, пораждайки още по-масивни черни дупки с разнообразни размери, запълвайки разликата в масата. Именно това ни накара да подпишем този залог в Аспен: ще открием ли сливаща се черна дупка с маса сред 55 и 130 слънчеви маси или не?

GW190521 е обединение на две доста солидни черни дупки в действителност, най-тежката от всички следени до момента посредством гравитационни талази. По-тежката, измерена сред 71 и 106 слънчеви маси (при 90% достоверност), попада тъкмо в разликата в масата. Това наподобява допуска, че черните дупки в действителност се сливат неведнъж.

Не участвах в това прелестно премерване. Но по инцидентно стичане на събитията имах опцията да реферирам един от документите за разкриване, което значи, че в този момент съм добре квалифициран да извършвам отговорностите си на съдия на залога.

Първият ми бизнес ред е да преценява залога в интерес на Чатърджи и Родригес, както и на Фред Расио от Северозападния университет, Съединени американски щати, който се причисли към крайните спечелили в допълнение след подписването на първичния залог.

Поздравления за заслужените спечелили – и дано се насладят на виното, което им се дължи, и удоволствието да се окажеш прав. Залогът е позволен. Следващата ми задача, дружно с доста други астрофизици по света, е да стартира да мисля за последствията от това революционно наблюдаване.

Това ли е окончателната проява на черни дупки, които се сливат неведнъж в компактен куп звезди? Можехме ли да изчислим погрешно границите на разликите в масата заради неустановеност в основни нуклеарни реакции? Възможно ли е сливането да се е случило по изцяло разнообразни способи, за които даже не сме мислили?

Екипите на LIGO-Virgo още веднъж са свършили невероятна работа със своите принадлежности и разбор на данни, като са получили изумително непредвиден резултат. За останалата част от астрофизичната общественост удоволствието от осмислянето му едвам стартира. Ето за какво при такива научни залози всеки в действителност е победител.

Тази публикация е оповестена в The Conversation.