Vědci navrhují gravitační čočkování jako vysvětlení záhadného signálu GW231123 z LIGO

Detektor gravitačních vln LIGO zachytil 23. listopadu 2023 signál označený GW231123, který podle vědců pochází ze srážky dvou mimořádně hmotných černých děr. Podle nových analýz měl jeden z objektů zhruba 140 hmotností Slunce, druhý přibližně 100 hmotností Slunce. Takto hmotné černé díry jsou pro standardní modely vzniku obtížně vysvětlitelné, což vedlo tým vědců k hledání alternativního vysvětlení.

Výzkumníci Miguel Zumalacárregui a Srashti Goyal ve své práci, kterou 25. srpna zveřejnil časopis Astrophysical Journal Letters, přišli s myšlenkou, že by za neobvyklými parametry signálu GW231123 mohlo stát gravitační čočkování. Tento jev je dobře známý z astronomie světla, kde masivní objekt svou gravitací ohýbá dráhu paprsků procházejících v jeho blízkosti, což může vést ke zkreslení, zesílení nebo rozdělení pozorovaného obrazu. Podle autorů výzkumu by podobný princip mohl fungovat i u gravitačních vln.

„Jako světlo, mohou být gravitační vlny také odkloněny, zvětšeny a rozděleny do více signálů masivními objekty,“ uvedl Miguel Zumalacárregui.

Podle tohoto scénáře by signál GW231123 nemusel pocházet ze srážky dvou skutečně tak hmotných černých děr, ale mohl by být zkreslenou verzí signálu ze srážky lehčích objektů, který na cestě k Zemi prošel v blízkosti mimořádně hmotného tělesa. Toto těleso by podle odhadů výzkumníků muselo mít hmotnost v rozmezí 190 až 850 hmotností Slunce, aby dokázalo způsobit pozorované zkreslení signálu.

Tato interpretace by mohla vyřešit hlavní problém spojený s detekcí GW231123 – totiž otázku, jak mohly vzniknout černé díry o hmotnosti 100 až 140 Sluncí. Podle současných teorií hvězdného vývoje je vznik černých děr v tomto hmotnostním rozmezí přímým kolapsem hvězdy jen obtížně vysvětlitelný kvůli takzvané mezeře nestability párové nestability, která by měla bránit tomu, aby hvězdy zanechávaly černé díry o takové hmotnosti.

Zumalacárregui a Goyal ale zároveň upozorňují, že jejich vysvětlení není bez komplikací. Podle jejich odhadů by totiž jednotlivé kompaktní čočky s hmotností mezi 100 a 1000 hmotnostmi Slunce měly být ve vesmíru velmi vzácné. Pravděpodobnost, že by se takový objekt náhodou ocitl na dráze mezi Zemí a zdrojem gravitačních vln, je tedy poměrně nízká, což znamená, že hypotéza o gravitačním čočkování zůstává i nadále jednou z několika možných interpretací, nikoli potvrzeným vysvětlením.

Signál GW231123 tak i nadále patří mezi nejzáhadnější detekce, které LIGO od svého spuštění zaznamenal. Případ ukazuje, že ani více než deset let po prvním přímém zachycení gravitačních vln nejsou vědci schopni s jistotou vysvětlit původ všech pozorovaných signálů a že extrémně hmotné černé díry vznikající při srážkách stále představují výzvu pro současné astrofyzikální modely.

Výzkum publikovaný 25. srpna v Astrophysical Journal Letters nyní otevírá cestu k dalšímu zkoumání možnosti, že gravitační vlny mohou být na své cestě vesmírem ovlivňovány stejně jako světlo. Pokud se podaří najít další podobné případy čočkování gravitačních vln, mohlo by to podle autorů výzkumu pomoci nejen vysvětlit záhadné signály, jako je GW231123, ale také otevřít nový nástroj pro zkoumání rozložení hmoty ve vesmíru, včetně hledání skrytých kompaktních objektů, které by jinak zůstaly nepozorovány.

Robert Lea, autor článku publikovaného 9. září, shrnuje, že případ GW231123 ilustruje, jak rychle se obor detekce gravitačních vln vyvíjí a jak nové teoretické přístupy mohou měnit interpretaci dat získaných v uplynulých letech. Zatímco v době samotné detekce v listopadu 2023 byl signál považován především za důkaz existence neobvykle hmotných černých děr, dnes je zvažován i alternativní scénář, který by mohl tuto anomálii vysvětlit jinak. Definitivní odpověď na otázku, co přesně LIGO tehdy zaznamenal, si však podle vědců vyžádá další pozorování a zpřesnění modelů gravitačního čočkování.