Teadlased leidsid mustad augud, mida ei tohiks olemas olla

Kunstniku kujutis kahest kokkupõrkuvast mustast august ja nende tekitatud gravitatsioonilainetest. Foto: Max Plancki Gravitatsioonifüüsika Instituut/AFP/Scanpix

Gravitatsioonilained reetsid seitsme miljardi valgusaasta kaugusel süvakosmoses asuvate mustade aukude kokkupõrke ning «võimatu» massiga augu tekke.

2019. aasta 21. mail tabasid LIGO ja VIRGO observatooriumite sensorid gravitatsioonilaine, millesugust ei osanud teaduskeskusi juhivad füüsikud oodatagi. Vaid kümnendiksekundi kestnud ja tänaseks teadusliku nimetuse GW190521 saanud sündmuse analüüs näitas, et aegruumi võnge pidi pärinema seitsme miljardi valgusaasta kauguselt ning selle osalised pidid olema kaks musta auku, millest üks oli Päikesest 66 ja teine 85 korda suurema massiga.

Astronoomide tuvastatud, Maast 10 miljardi triljoni kilomeetri kaugusel toimunud kokkupõrge on kõige võimsam, kaugem ja ka kõige rohkem segadust tekitav kahe musta augu kokkupõrge, mida gravitatsioonilainete observatooriumid seni näidata on suutnud. Nimelt pidi kokkupõrke tagajärjel tekkima 142 korda Päikesest massiivsem must auk. Suurus on siinkohal oluline, kuna varem ei ole teadlased sellesse suurusevahemikku kuuluvat, tavapärasest mustast august suuremat, kuid supermassiivsest väiksemat, musta auku vaadelnud.

«Selle avastuse juures on kõik vapustav,» ütles Leideni Ülikooli tähefüüsik Simon Portegies Zwart Nature’le, ning lisas, et sellise «vahepealse massiga» musta augu vaatlus kinnitab nüüd selliste taevakehade olemasolu.

Ka Austraalias asuva Monashi Ülikooli teoreetiline tähefüüsik Ilja Mandel kirjeldas avastust kui «võrratult ootamatut».

Füüsikute tähelepanu köitis esimesena suurema kokkupõrkes osalenud musta augu mass, kuna üldtunnustatud füüsikateooriate kohaselt ei tohiks tähtede kokkuvajumise tagajärjel musti auku massiga 65 kuni 120 Päikese massi üldse tekkidagi. Seega peab kas hetkel tunnustatud teooria olema vale või siis pidi üks kokku põrganud mustadest aukudest olema omakorda tekkinud kokkupõrke, mitte tähe soojussurma tagajärjel.

Nagu selgitas BBC uudistele Glasgow Ülikooli professor Martin Hendry, on sellisel avastusel oma järelmid ka sellele, kuidas Universum tekkis.

«Räägime siin liitumiste hierarhiast – võimalikust viisist, kuidas tekib aina suuremaid ja suuremaid musti auke. Niisiis, kes teab? Võib-olla on see 142 Päikese massiga must auk hiljem omakorda liitunud mõne suurema musta auguga ning selle tagajärjel võibki olla tekkinud supermassiivne must auk, millesuguseid usume asuvat galaktikate südametes,» ütles Hendry.

Kuigi praegu on gravitatsioonilainete mõõtmised veel suuresti üksikjuhtude tasemel, võib juba lähiaastatel oodata nende olulist sagenemist. Nimelt on observatooriumite juhtidel plaanis suurendada detektorite tundlikkust. Nagu ütles BBC’le Max Plancki Gravitatsioonifüüsika Instituudi direktor Alessandra Buonanno, võib laineid tulevikus koguni igapäevaselt tuvastada.

«Varsti hakkab musti auku tulema nagu vihma See on kaunis, kuna me õpime seeläbi nende kohta väga palju,» ütles Buonanno.

Aegruumi enda võnked

Pärast maailma esimeste gravitatsioonilaine-observatooriumite LIGO ja VIRGO tööle hakkamist on gravitatsioonilained kujunenud üheks füüsika kuumemaks sõnaks, mistõttu pälvisid LIGOga seotud füüsikud Reiner Weiss, Barry Barish ja Kip Thorne ka 2017. aasta Nobeli füüsikapreemia.

Nimelt võimaldavad need hiiglaslikud observatooriumid vaadelda seda, kuidas aegruum ise kosmiliselt kaugete suuremassiliste objektide liikumise mõjul lainetab. Näiteks kahe musta augu kokkupõrkel levivad gravitatsioonilained üle Universumi peaaegu samamoodi nagu pärast kivi vette viskamist liiguvad lained üle järvepinna.

Põhimõtteliselt tekitavad gravitatsioonilaineid kõik liikuvad kehad, kuid need on äärmiselt nõrgad. Mõõdetavaid laineid suudavad tekitada vaid väga suure massiga objektid nagu näiteks plahvatavad tähed või suuremate tähtede või mustade aukude kokkupõrked.

Gravitatsioonilainete füüsikaliste omaduste põhjal saab teha olulisi järeldusi nii neid põhjustanud objektide kui ka Universumi suurte küsimuste kohta. Muu hulgas on gravitatsioonilained ka esimene vahendaja, mille abil teadlased on suutnud teha mustade aukude otsevaatlusi. Miks gravitatsioonilained on olulised, saab lähemalt lugeda Postimehe mõne aasta tagusest kokkuvõttest.

Mustade aukude kokkupõrkeid kirjeldavad teadusartiklid ilmusid ajakirjades Physical Review Letters ja The Astrophysical Journal.