GRAVITACIJSKI valovi – mreškanja u prostor-vremenu koja nastaju tijekom nasilnih kozmičkih događaja – putuju brzinom svjetlosti u svim smjerovima i s vremenom slabe poput krugova na vodi. No neki su događaji toliko razorni i ekstremni da uzrokuju poremećaje koji više nalikuju snažnim valovima nego blagim mreškanjima, s dovoljno energije da stignu i do detektora na Zemlji.

LIGO kolaboracija je objavila da je detektirala najmasivniji poznati sudar crnih rupa, čiji je konačni rezultat golema crna rupa mase veće od 225 Sunčevih masa. Signal označen kao GW231123 proturječi poznatim modelima zvjezdane evolucije, pa su fizičari u utrci da shvate kako je takav sudar uopće moguć.

Signal je trajao 0.1 sekundu

LIGO, odnosno Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, ušao je u povijest fizike 2015. kad je prvi put detektirao gravitacijske valove – kozmički odjek sudara dviju crnih rupa. Od te Nobelom nagrađene detekcije, međunarodna kolaboracija LIGO-a, Virgoa (Italija) i KAGRA-e (Japan) nastavlja pomno nadzirati našu galaksiju. Otad su detektirali brojne signale nastale u supernovama, sudarima neutronskih zvijezda i oko 300 spajanja crnih rupa.

No GW231123, prvi put opažen 23. studenog 2023., djeluje kao potpuno nova zvijer među sudarima crnih rupa. Dvije goleme crne rupe – mase 137 i 103 Sunčeve mase – uspjele su ostati stabilne unatoč zajedničkoj masi i zavrtili se brzinom 400.000 puta većom od rotacije Zemlje, tvoreći još veću crnu rupu. Za usporedbu, prethodni rekorder, GW190521, imao je masu od otprilike 140 Sunčevih masa.

"Ovakvi događaji bi trebali biti nemogući"

S obzirom na gravitacijski kaotičnu prirodu okruženja crnih rupa, punu naboja privlačenja i odbijanja, iznimno je da je ovaj sudar bio dovoljno stabilan da njegove gravitacijske valove LIGO može detektirati. Signal je trajao 0.1 sekundu.

"Prema standardnim modelima zvjezdane evolucije, ovakvi događaji bi trebali biti nemogući", rekao je Mark Hannam, član LIGO-a i fizičar sa Sveučilišta u Cardiffu.

"Jedna mogućnost je da su ove dvije crne rupe nastale spajanjem manjih crnih rupa", dodao je. "Ovo je najmasivniji binarni sustav crnih rupa koji smo dosad uočili putem gravitacijskih valova i predstavlja ozbiljan izazov za naše razumijevanje nastanka crnih rupa."

"Crne rupe izgledaju kao da se vrte vrlo brzo – gotovo na granici dopuštenoj Einsteinovom općom teorijom relativnosti", objasnio je Charlie Hoy, također član LIGO-a i fizičar sa Sveučilišta Portsmouth u Engleskoj. "To signal čini teškim za modeliranje i interpretaciju. Sjajan je to primjer koji potiče razvoj naših teorijskih alata."

Daleko od jasnog odgovora

Znanstvenici će svoja otkrića o GW231123 predstaviti idući tjedan na 24. Međunarodnoj konferenciji o općoj relativnosti i gravitaciji (GR24) i 16. konferenciji Edoardo Amaldi o gravitacijskim valovima. Dva se događaja održavaju zajedno kao GR-Amaldi skup u Glasgowu u Ujedinjenom Kraljevstvu. Nakon toga, podaci će biti javno objavljeni, čime počinje utrka za razotkrivanje misterija GW231123 – iako je malo vjerojatno da ćemo uskoro imati jasan odgovor.

"Zajednici će trebati godine da potpuno razjasni ovaj složeni signal i sve što on implicira", dodao je Gregorio Carullo, član LIGO-a i fizičar sa Sveučilišta u Birminghamu. "Iako je najvjerojatnije riječ o sudaru crnih rupa, složeniji scenariji možda će biti ključ za tumačenje njegovih neočekivanih značajki. Pred nama su uzbudljiva vremena!"

Fizičari su prvi put zamislili gravitacijske valove još krajem 19. stoljeća, no ideju je u središte pozornosti doveo Albert Einstein. Budući da za detekciju ne zahtijevaju svjetlost, gravitacijski valovi pružaju jedinstven način promatranja svemira i otkrivanja tajni o crnim rupama, drevnim zvijezdama, pa čak i o tamnoj tvari.