Fale grawitacyjne są generowane, gdy obiekty takie, jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe, zderzają się ze sobą. Proces ten powoduje wysyłanie zaburzeń w czasoprzestrzeni, zwanych falami grawitacyjnymi.

Zjawisko to jest przewidywane przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina, ogłoszoną w 1915 roku. Możliwość ich istnienia rozważano nawet trochę wcześniej. Po raz pierwszy fale grawitacyjne zaobserwowano jednak dopiero w 2015 roku, amerykańskim detektorem LIGO, a dwa lata później za to odkrycie przyznano Nagrodę Nobla, którą otrzymali Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne.

Główne światowe obserwatoria fal grawitacyjnych współpracują ze sobą. Są to amerykańskie LIGO, europejskie Virgo oraz japońskie KAGRA. Razem tworzą współpracę LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), która w specjalnym wydaniu „Astrophysical Journal Letters” opublikowała najnowszy katalog detekcji fal grawitacyjnych.

Gravitational-Wave Transient Catalog-4.0 (GWTC-4) obejmuje w szczególności detekcje z najnowszej, czwartej rundy obserwacji z okresu od maja 2023 roku do stycznia 2024 roku. Wykryto wtedy 128 kandydatek na zjawiska fal grawitacyjnych. Z wcześniejszych rund wiedziano o 90 zjawiskach, czyli mamy więcej niż podwojenie liczby znanych przypadków. Łącznie w trakcie najnowszego okresu obserwacyjnego wykryto około trzystu zjawisk, ale nie wszystkie znalazły się, jak na razie, w opublikowanym katalogu.

Wśród najbardziej nietypowych zjawisk w nowym katalogu można wskazać GW231123_135430, w którym zderzył się najcięższy układ podwójny czarnych dziur. Każda z czarnych dziur miała prawie 130 mas Słońca. Typowa wartość dla zdarzeń fal grawitacyjnych to 30 mas Słońca, można więc przypuszczać, że mieliśmy do czynienia z czarnymi dziurami, które same były efektem wcześniejszych kolizji.

Inny ekstremalny przypadek to GW231028_153006. Odpowiada za niego układ podwójnych czarnych dziur o największym tzw. spinie inspiralowym (ang. inspiral spin), opisującym moment pędu układu podwójnego. Czarne dziury kręciły się z prędkością około 40 proc. prędkości światła. Naukowcy sądzą, że również tutaj musiały nastąpić wcześniejsze zderzenia, które rozkręciły je do takich prędkości.

Z kolei GW231118_005626 to bardzo niesymetryczna para: czarna dziura o masie dwa razy większe niż jej towarzyszka.

Zbadano też własności czarnych dziur jako całej populacji tych obiektów. Jest ot bardzo różny zakres parametrów, jedne mają masy kilku mas Słońca, a inne ponad sto mas Słońca, jedne obracają się bardzo szybko, a dla innych nie udało się zmierzyć żadnego obrotu. Widać przykładowo, iż czarne dziury, które zderzały się we wczesnym Wszechświecie mogły mieć większe spiny (co określa, jak szybko się obracały), niż te, które zderzały się później.

Nowe detekcje dały możliwość na jeszcze dokładniejsze przetestowanie teorii Einsteina. Zrobiono to na ekstremalnym przypadku zjawiska GW230814_230901, jednym z „najgłośniejszych” spośród zarejestrowanych. Sprawdzono czy jakiekolwiek aspekty różnią się od przewidywań teorii. Teoria zdała egzamin.

Analiza wszystkich detekcji zawartych w najnowszym katalogu pozwoliła naukowcom także na niezależne oszacowanie stałej Hubble’a, która opisuje tempo rozszerzania się Wszechświata. Uzyskana wartość to około 76 kilometrów na sekundę na megaparsek (megaparsek to milion parseków, czyli około 3,26 mln lat świetlnych). (PAP)

cza/ agt/