Aj keď chvenie časopriestoru trvá len zlomok sekundy – ako v prípade splynutia hmotných čiernych dier do objektu GW190521 – astronómovia sa usilujú odhaliť jeho pôvod. Štúdium gravitačných vĺn je však veľmi náročné.
Takéto vlny v tkanine časopriestoru majú len malý vplyv na naše prístroje a často trvajú iba sekundu, alebo dokonca aj menej. Interpretácia takého javu je podobná tomu, ako keby sme chceli použiť zachytené úryvky slov na rekonštrukciu konverzácie na opačnej strane izby. Každý, kto pozná hry so slovami, vie, že je tu vždy množstvo riešení.
Splynutie obrov
Prípad označený GW190521 vyvolalo práve pozorovanie gravitačných vĺn. Zdá sa, že pri ňom ide o zrážku čiernej diery s hmotnosťou 90 hmotností Slnka s druhou čiernou dierou so 65-násobkom hmotnosti Slnka. Oba obrovské objekty ležia v zakázanej zóne, ktorá stanovuje, aká hmotná môže, resp. nemôže byť čierna diera. Hviezdy vybuchujúce ako supernovy by teoreticky nemali vytvárať čierne diery s hmotnosťami medzi 50 až 120 hmotností Slnka.
Pri určovaní hmotností a iných charakteristík objektov pomocou gravitačných vĺn sa vedci spoliehajú na bohaté možnosti výberu. Napríklad dáta môžu vložiť do počítačových modelov, aby porovnali pozorovania s miliónmi rôznych tvarov vĺn, pretože tvar vĺn závisí od špecifických objektov, ktoré ich vytvárajú. Potom skúmajú, ktorý tvar najlepšie vyhovuje zaregistrovaným gravitačným vlnám.
V prípade tohto objektu ide o pozorovanie v dĺžke iba 0,1 sekundy – to je všetko, čo máme k dispozícii. Vedci teda museli napasovať celé riešenie numerickej simulácie kolízie a vzniku gravitačných vĺn na signál z objektu GW190521, čo sa im aj podarilo. Spolupráca pri pozorovaniach na troch detektoroch gravitačných vĺn LIGO, Virgo a KAGRA ukázala, že objekt vznikol ako výsledok splynutia páru veľkých čiernych dier obiehajúcich okolo seba po takmer kruhovej dráhe, ktorá sa navyše v priestore stáčala.
Nejasný scenár
Iní vedci však predpokladali veľmi excentrické dráhy a čelnú zrážku čiernych dier, prípadne to, že ich hmotnosti nie sú určené správne. Skúmali aj otázku, či čierne diery sú priamo jadrá explodovaných hviezd (supernov), alebo sú to objekty druhej generácie vzniknuté splynutiami menších čiernych dier. Zároveň sa pýtali, či sa mohli k sebe priblížiť v prostredí bohatom na plyn okolo jadra superhmotnej čiernej diery vo vzdialenej galaxii. Takáto hypotéza by sa mohla overiť pozorovaním. Rossella Gambaová z nemeckej Univerzity Friedricha Schillera v Jene a jej kolegovia z projektu Virgo uvažovali, čo by sa stalo, keby sa čierne diery zachytili pri prelete okolo seba. Zistili, že po niekoľkých tesných preletoch by nasledovalo finálne splynutie a aj tento proces by súhlasil s pozorovanými údajmi. Podľa nich je asi 4 300-krát pravdepodobnejšie, že splynutie nastalo po obehoch dvojice čiernych dier na takmer kruhových dráhach, a nie po vzájomnom záchyte.
Astrofyzik Zoheyr Doctor z Northwestern University v USA hovorí: Ak vidím niečo len kútikom oka, čo vyzerá ako tiger a menej pravdepodobne ako lopta, stále môžem tvrdiť, že to, čo som videl, je lopta, pretože lopty sa tu vyskytujú častejšie. To môže platiť aj v tomto prípade: z údajov sa môže zdať, že ide o priblíženie na hyperbolickej dráhe, ale to môže byť vyvážené tým, že hyperbolické priblíženie je vzácne v porovnaní s inými vysvetleniami. Zrejme nikdy nezistíme presný scenár vzniku GW190521. Raz však môžeme zaregistrovať dostatok podobných signálov, na základe ktorých budeme môcť stanoviť, aké pravdepodobné sú takéto úkazy, a určiť, či GW190521 pochádza väčšmi z jednej kategórie javov než z inej.
RNDr. Zdeněk Komárek
