Sebagian besar merger lubang hitam masif yang pernah terdeteksi menantang model astrofisika

Peristiwa gelombang gravitasi mengisyaratkan asal lubang hitam eksotis dan mendorong batas-batas teori saat ini.

Dalam penemuan penting, kolaborasi Ligo-Virgo-Kagra (LVK) telah mendeteksi penggabungan lubang hitam paling besar yang pernah diamati melalui gelombang gravitasi. Acara tersebut, dijuluki GW231123, terjadi pada 23 November 2023, selama menjalankan pengamatan keempat (O4) dari jaringan LVK. Ini menghasilkan lubang hitam terakhir dengan berat lebih dari 225 kali massa matahari kita – sosok yang menentang pemahaman konvensional tentang evolusi bintang.

Dua lubang hitam nenek moyang itu sendiri luar biasa: dengan massa sekitar 103 dan 137 massa matahari masing -masing, mereka berada dalam kisaran yang diharuskan oleh model bintang saat ini. “Penemuan sistem yang begitu besar dan sangat berputar menghadirkan tantangan tidak hanya untuk teknik analisis data kami,” jelas Ed Porter, seorang peneliti di CNRS astropartikel dan laboratorium kosmologi di Paris, “tetapi akan memiliki efek utama pada studi teoritis pembentukan lubang hitam dan pemodelan bentuk gelombang untuk bertahun -tahun yang akan datang.”

Menambah intrik, kedua lubang hitam berputar dengan cepat, menunjukkan riwayat pembentukan yang kompleks. Salah satu hipotesis terkemuka adalah bahwa mereka adalah produk dari merger sebelumnya-yang disebut “merger hierarkis”-dengan lingkungan bintang yang padat seperti kelompok globular atau inti galaksi.

Sampai sekarang, kelas berat yang berkuasa dalam astronomi gelombang gravitasi adalah GW190521, dengan total massa sekitar 140 massa matahari. GW231123 secara signifikan melampaui tolok ukur, menimbulkan pertanyaan baru tentang bagaimana lubang hitam besar seperti itu dapat terbentuk dan bertahan.

Menguji batas ilmu gelombang gravitasi

Deteksi GW231123 membentang baik instrumentasi dan teori hingga batasnya. “Acara ini mendorong kemampuan instrumentasi dan analisis data kami ke tepi yang saat ini mungkin,” kata Dr. Sophie Bini, seorang peneliti postdoctoral di Caltech. “Ini adalah contoh yang kuat tentang seberapa banyak yang bisa kita pelajari dari astronomi gelombang gravitasi-dan seberapa banyak lagi yang harus diungkapkan.”

Kompleksitas sinyal membutuhkan model canggih yang menjelaskan dinamika kacau lubang hitam pemintalan. Ini juga menguji sensitivitas dan daya tahan jaringan detektor global: LIGO di Amerika Serikat, Virgo di Italia, dan Kagra di Jepang. Lari pengamatan keempat, yang dimulai pada Mei 2023, fitur peningkatan sensitivitas dan periode pengamatan kontinu terpanjang hingga saat ini.

“Dengan kampanye pengamatan terpanjang yang pernah ada dan meningkatkan sensitivitas detektor, O4 Run memberikan wawasan baru yang tak ternilai tentang pemahaman kita tentang alam semesta,” kata Viola Sordini, peneliti di Institut Fisika 2 Infinitas (IP2I) CNRS di Lyon dan wakil juru bicara Virgo Collaboration. “Penemuan yang menarik ini menandai awal era baru dalam sains gelombang gravitasi.”

Paruh pertama dari menjalankan O4 diharapkan menghasilkan lebih banyak kejutan, dengan penemuan tambahan dijadwalkan untuk rilis musim panas ini.

Upaya ilmiah global

Kolaborasi Ligo-Virgo-Kagra mewakili upaya yang benar-benar global. Ligo didanai oleh Yayasan Sains Nasional AS dan dioperasikan oleh Caltech dan MIT, dengan dukungan internasional dari Jerman, Inggris, dan Australia. Virgo diselenggarakan oleh European Gravitational Observatory (EGO) di Italia dan termasuk para peneliti dari lebih dari 20 negara Eropa. Observatorium Kagra Jepang membawa kemampuan unik dengan interferometer bawah tanah, cryogenic yang terletak di tambang Kamioka.

Bersama-sama, lebih dari 2.000 ilmuwan dari ratusan institusi di seluruh dunia bekerja untuk memecahkan kode sinyal gelombang gravitasi yang riak melintasi kosmos.

Melihat ke depan

Acara GW231123 akan secara resmi disajikan pada konferensi GR24-Amaldi16, berlangsung mulai 14-18 Juli 2025, di Glasgow, Inggris. Dengan lusinan peristiwa yang masih akan dianalisis dari O4 Observing Run, masa depan astronomi gelombang gravitasi terlihat lebih cerah-dan lebih masif-daripada pernah.

Apa itu Ligo, Virgo, dan Kagra?

Deteksi ini dimungkinkan berkat tiga observatorium gelombang gravitasi yang sangat sensitif yang bekerja serempak di seluruh dunia:

• Ligo (Laser Interferometer Gravitasi Gelombang Gelombang) terdiri dari dua detektor raksasa L raksasa di Amerika Serikat-di Hanford, Washington dan Livingston, Louisiana. Dioperasikan oleh Caltech dan MIT dan didanai oleh Yayasan Sains Nasional AS (NSF), LIGO adalah observatorium pertama yang mendeteksi gelombang gravitasi pada tahun 2015.

• Virgoterletak di dekat Pisa di Italia dan dioperasikan oleh Observatorium Gravitasi Eropa (EGO)adalah interferometer serupa yang dikembangkan oleh konsorsium Eropa. Ini membawa keragaman geografis yang penting ke jaringan, meningkatkan lokalisasi peristiwa kosmik.

• Kagraterletak di tambang Kamioka di Jepang, adalah anggota terbaru dari kolaborasi ini. Dibangun di bawah tanah untuk mengurangi kebisingan seismik dan dilengkapi dengan teknologi kriogenik untuk meningkatkan sensitivitas, itu merupakan inovasi utama dalam deteksi gelombang gravitasi.

Bersama -sama, instrumen ini membentuk a Observatorium skala planet Mampu mendeteksi riak kecil dalam ruangwaktu yang disebabkan oleh peristiwa kosmik bencana seperti merger lubang hitam.

Teks: myscience