Je to teprve deset let, co byly poprvé zaznamenány gravitační vlny – jemné záchvěvy časoprostoru, které před sto lety předpověděl Albert Einstein. Od té doby se tento objev stal základem nové éry astronomie. Namísto světla a záření, na které byli astronomové po staletí odkázáni, dostali do rukou zcela nový nástroj, schopný odhalovat děje, jež jinak zůstávají neviditelné. Jedním z nich je splynutí černých děr – události tak prudké, že rozechvějí samotnou strukturu vesmíru.

Nyní přichází další průlom. Vědci z Univerzity v Santiagu de Compostela ve Španělsku, společně s kolegy z Penn State University a Čínské univerzity v Hongkongu, vůbec poprvé změřili nejen rychlost, ale i směr, jakým se nově vzniklá černá díra po sloučení dvou menších „vykopla“ pryč. Tento jev se nazývá zpětný ráz neboli recoil. Vzniká proto, že gravitační vlny při splynutí neodcházejí rovnoměrně, ale v různých směrech s různou intenzitou. Výsledkem je „kopanec“, který může černou díru vymrštit i tisíci kilometrovou rychlostí za sekundu – dost na to, aby opustila vlastní galaxii.

Zdroj: Shutterstock

Jak se to podařilo

Tým vedený profesorem Juanem Calderónem-Bustillem analyzoval událost GW190412, zaznamenanou v roce 2019 detektory LIGO a Virgo. Šlo o splynutí dvou černých děr nestejné hmotnosti – a právě tato asymetrie byla klíčová. Gravitační vlna, která při tom vznikla, měla složitější „harmonii“ než obvykle, obsahovala více různých frekvencí a kombinací, podobně jako orchestr složený z mnoha nástrojů. Podle toho, jak tyto tóny dorazily na Zemi, bylo možné určit nejen sílu, ale i směr rázu.

Výsledek? Nová černá díra získala rychlost přes 50 km/s. To samo o sobě není rekordní hodnota, ale je to dost na to, aby mohla opustit prostředí kulové hvězdokupy. Ještě důležitější je, že vědci poprvé dokázali přesně určit i směr tohoto pohybu vzhledem k Zemi a k původnímu orbitálnímu pohybu obou černých děr.

Proč je to důležité

Měření zpětného rázu otevírá zcela novou cestu ke studiu černých děr. Pokud se černá díra po sloučení pohybuje hustým prostředím – například v jádru aktivní galaxie – může svým průletem vyvolat jasné záblesky a fléry. Díky určení směru rázu pak lze lépe rozlišit, zda jde skutečně o záblesk spojený s gravitačními vlnami, nebo jen o náhodnou shodu.

Jak upozorňuje doktor Koustav Chandra z Penn State, jde o jednu z mála situací, kdy dokážeme rekonstruovat trojrozměrný pohyb objektu vzdáleného miliardy světelných let – a to jen na základě jemných vlnění v samotné struktuře vesmíru.

Tento objev naznačuje, že i současné detektory LIGO a Virgo mají potenciál odhalovat jevy, které ještě nedávno byly považovány za nedosažitelné. Do budoucna by se možnosti měly ještě rozšířit. Evropský projekt LISA, plánovaný na 30. léta, má díky detekci nižších frekvencí sledovat i mnohem masivnější srážky černých děr a přinést ještě detailnější pohled na jejich „kopance“.

Profesor Calderón-Bustillo přiznal, že když v roce 2018 navrhoval metodu měření, většina odborníků čekala, že podobných výsledků se dočkáme až s novou generací přístrojů. O to překvapivější bylo, že už o rok později se objevil signál, který metodu umožnil ověřit.

Objev publikovaný v prestižním časopise Nature Astronomy tak představuje další krok k tomu, abychom lépe rozuměli chování černých děr a jejich roli ve vývoji vesmíru. A zároveň potvrzuje, že gravitační astronomie má před sebou teprve skutečný rozkvět.