Černá díra nebo spíše neutronová hvězda? Kredit: Carl Knox, ARC.

Když se v roce 2016 zrodila gravitační astronomie, tak mnozí očekávali, že to bude pořádná jízda. A měli pravdu. Je to vážně jízda. Tým gravitačních astronomů z Institute of Cosmology and Gravitation na britské University of Portsmouth společně s dalšími kolegy hlásí zásadní objev, který by mohl změnit náš pohled na černé díry a neutronové hvězdy.

Ve vesmíru jsou hvězdy rozmanitých hmotností. Když ty masivní hvězdy dospějí ke konci svého krátkého života, tak se mohou zhroutit do neutronové hvězdy. A pokud jsou gigantické, tak skončí v bizarní gravitační singularitě černé díry. Problém je v tom, že zatím přesně nevíme, z jak těžkých hvězd vznikají černé díry a z jakých nevznikají. A tato nejistota panuje na obou koncích spektra hmotnosti hvězd, které se hroutí do černých děr.

Laura Nuttall. Kredit: University of Portsmouth.

Pokud jde o ty nejtěžší hvězdy, astronomové předpokládají, že hvězdy o hmotnosti nad 130 Sluncí a možná již nad 45 Sluncí končí život apokalyptickými mechanismy supernovy párové nestability (pair-instability supernova). Ve výhni termojaderné anihilace takové supernovy nakonec nezůstane vůbec nic. Na opačném konci spektra hmotností se nacházejí nejlehčí známé černé díry, jejichž hmotnost je kolem 5 Sluncí. Nejtěžší známé neutronové hvězdy přitom mají hmotnost zhruba 2,5 Sluncí. Vědci v tomto případě mluví o „upper“ a „lower“ „mass gaps“.

Laura Nuttall a její početní kolegové nedávno oznámili objev objektu o hmotnosti 2,6 Sluncí, který se zjevně nachází v „lower mass gap“, tedy v zemi nikoho mezi neutronovými hvězdami a černými dírami. Jeho existenci vyčetli z gravitačních vln, které detekovaly gravitační observatoře Advanced LIGO a Virgo. Jak říká Nuttall, je to extrémně vzrušující. Něco našli, ale přesně nevědí, co vlastně je. Jako kdyby to byl jednorožec. Jde spíše o nejlehčí černou díru historie anebo nejtěžší neutronovou hvězdu historie? Anebo je to snad ještě něco jiného? Britští BBC si tenhle objekt pokřtili na „black neutron star“, což dráždí fantazii příznivců vesmíru na plné obrátky.

Gravitační observatoř Virgo. Kredit: The Virgo collaboration.

Astrofyzikálního jednorožce k nám připlavily gravitační vlny, které jsou samy o sobě dost zvláštní. Pocházejí totiž ze srážky dvou výjimečně rozdílných objektů – s „jednorožcem“, jehož hmotnost je zmíněných 2,6 Sluncí, se srazila pořádná černá díra a hmotnosti 23 Sluncí. Tuto gravitační událost, která se zapsala do historie jako GW190814, detekovaly gravitační observatoře 14. srpna 2019. Výsledkem srážky je černá díra o hmotnosti cca 25 Sluncí, která se teď nachází asi 800 milionů světelných let od Sluneční soustavy.

Hmotnosti černých děr, které se v dotyčné srážce srazily a splynuly, se v té chvíli lišily téměř devětkrát. Jak říká další členka výzkumného týmu Vicky Kalogera z americké Northwestern University, muselo to být jako když Pac-Man sežere jednu ze svých teček. Pro dnešní teoretické modely je to velkou výzvou. Záhadu gravitační události s jednorožcem zároveň prohloubilo i to, že následná pozorování dané oblasti vesmíru, jichž se ihned po detekci gravitačních vln zúčastnily desítky teleskopů, nepřinesla vůbec nic. Tenhle jednorožec je nesmírně opatrný. Gravitační a stromové teď budou vyhlížet další podobné události, které snad více objasní povahu „jednorožce“.

Video: Nikhef - Gravitational Waves research at Virgo: Lock Acquisition

Literatura

University of Portsmouth 23. 6. 2020.

Astrophysical Journal Letters online 23. 6. 2020.