Do sedaj so skupna opazovanja gravitacijsko-valovnih observatorijev LIGO črnih lukenj, Virgo in KAGRA pokazala le 90 kandidatov za združitve, ki povzročajo gravitacijske valove. Novi katalog je več kot podvojil število teh objektov in sprožil resna astrofizična vprašanja.
Odkritje gravitacijskih valov v preteklem desetletju je bilo najpomembnejši dogodek v fiziki in je privedlo do podelitve Nobelove nagrade. Ne gre le za potrditev Einsteinove teorije: iz podatkov o gravitacijskih valovih je bilo razvidno, da pri združitvi črnih lukenj izgubi nekaj odstotkov svoje mase. Glede na to, da gravitacijske valove po Einsteinovi teoriji nimajo mase (s čimer se strinjam), je to pomenilo, da se pri vsakem takem dogodku masa vesolja nekoliko zmanjša. Izhajajoč iz tega vidika je bilo po odkritjih LIGO predlagano novo pojasnilo pojava temne snovi in energije ter nova kozmološka model.
Vendar pa prvo odkritje samo po sebi še ne predstavlja statistike in ne omogoča ocene, v kolikšni meri je ta pojav množičen in tipičen za vesolje.
Zato je zbiranje novih rezultatov takih opazovanj izredno pomembno za znanost. Sodelovanje znanstvenikov iz gravitacijskih valovnih observatorijev LIGO, Virgo in KAGRA je analiziralo nov niz podatkov opazovanj za obdobje od maja 2023 do januarja 2024 in objavilo svoje zaključke na strežniku predtiskov Univerze Cornell.
Do sedaj je bilo znanih 90 kandidatov za registrirane vire gravitacijskih valov, v opazovanjih v približno šestih mesecih pa jih je bilo najdenih še 128. To pomeni, da je sedaj očitno, da se ti dogodki dogajajo zelo pogosto: kljub nepopolnosti naših merilnih sistemov jih je vsaj nekaj sto na leto. Med signali so številčno prevladovala združevanja dveh črnih lukenj med seboj. Nasprotno, združevanja nevtronskih zvezd s črnimi luknjami ali med seboj so bila izredno redka.
Vse to postavlja astrofizikom vrsto vprašanj. Ključno med njimi je: zakaj je število združitev črnih lukenj med seboj tako veliko? Dejstvo je, da se v črne luknje spremenijo le objekti z maso več kot približno 2,17 sončne mase (Oppenheimer-Volkovova meja). Neutronske zvezde pa so objekti z maso od približno 1,38 sončne mase (Chandrasekarjev limit) do 2,17. Pri tem je predhodnik črne luknje ali nevtronske zvezde bistveno manj masiven od zvezde, iz ostankov katere se oblikuje ob eksploziji supernove. Takšen dogodek namreč odnese znatni del mase te supernove in le njeno jedro, stisnjeno z eksplozijo, postane nevtronska zvezda ali črna luknja.
Astronomija pozna tako imenovano začetno funkcijo mas zvezd, porazdelitev pogostosti pojavljanja svetil različnih mas v vesolju.
Po njej sledi, da bi moralo biti v njem večkrat manj črnih lukenj kot nevtronskih zvezd. Vendar pa v praksi opazovanja gravitacijskih valov kažejo, da se nevtronske zvezde združujejo vsaj desetkrat redkeje kot črne luknje. To je nelogično, ker bi se morali pogostejši objekti pogosteje približevati na razdalje, ki vodijo do njihovega združevanja. To pomeni, da je po opazovanjih gravitacijskih valov bodisi sto krat manj nevtronskih zvezd, kot bi jih moralo biti, bodisi sto krat več črnih lukenj, kot bi jih moralo biti.
Drugo vprašanje, ki ga postavljajo nova opazovanja: zakaj je v podatkih sploh tako veliko združitev črnih lukenj, če opazovanja v optičnem spektru kažejo zanemarljivo majhno število takšnih dogodkov. Združitve, ki jih registrirajo LIGO, Virgo in KAGRA, morajo potekati tam, kjer so običajne zvezde – v diskih galaksij.
V tem primeru pa neizogibno privlačijo ne le druge črne luknje, ampak tudi običajno snov – zvezde, plin in drugo. V tem primeru se okoli črne luknje oblikujejo akrecijski diski iz plina in prahu. Glede na izkušnje z masivnimi črnimi luknjami so te segrete do visokih temperatur in jih je mogoče opazovati s teleskopi, ki zajemajo elektromagnetne valove. V praksi pa tega ni mogoče opaziti: tam, od koder prihajajo gravitacijski valovi iz združitve, ni opaziti nobenega sijanja akrecijskih diskov.
Kot je že napisal Naked Science, je bila nekaj časa prej, še po prvih opazovanjih LIGO, oblikovana teorija ciklične kozmologije, ki omogoča razlago takšnih pojavov.
Po njej mora biti število črnih lukenj bistveno višje od števila nevtronskih zvezd, saj črne luknje lahko preživijo cikel širitve in krčenja vesolja, kopičijo se od enega takšnega cikla do drugega.
Pri tem se bodo koncentrirale ne v diskih galaksij, ampak v oddaljenih temnih kroglastih kopicah, podobnih kroglastim kopicam zvezd, ki ležijo zunaj galaktičnih diskov. To lahko pojasni tako izrazit primanjkljaj združevanj nevtronskih zvezd na ozadju pogostih združevanj črnih lukenj kot tudi odsotnost akrecijskih diskov v območjih, iz katerih prihajajo gravitacijske valove takih združevanj. Ker v temnih kroglastih kopicah skoraj ni plina in prahu, ni iz česa oblikovati akrecijski disk.
