Wyjaśnienie fuzji czarnych dziur: co się stanie, gdy dwie czarne dziury zderzą się w przestrzeni?

Łączenie się czarnych dziur to jedne z najbardziej energetycznych i intensywnych wydarzeń znanych w kosmosie. Kiedy dwie czarne dziury zbliżają się na tyle blisko, aby się zderzyć, zaczynają od okrążenia się w pewnej odległości, powoli zbliżając się. Ruch ten może nastąpić na kilka sposobów, albo poprzez urodzenie się jako gwiazdy podwójne, albo poprzez spotkanie gdzieś w przestrzeni kosmicznej. Aby się jednak połączyć, muszą wyrzucić dużą ilość energii, którą zaczynają tracić w wyniku interakcji z pobliską materią, taką jak gaz, pył, a nawet gwiazdy.

Tracę energię, aby się zbliżyć

W miarę jak czarne dziury się zbliżają, ich przyciąganie grawitacyjne wpływa na przestrzeń wokół nich. Wszelkie pobliskie obiekty, niezależnie od tego, czy są to małe ilości gazu, czy większe ciała niebieskie, mogą w nie wpaść lub uciec z dodatkiem energii. Te interakcje powodują, że czarne dziury tracą część swojej energii, powoli zbliżając je do siebie. Jednak w pewnym momencie te siły zewnętrzne nie wystarczą, aby nadal je przyciągać.

Fale grawitacyjne przejmują kontrolę

Kiedy czarne dziury znajdą się wystarczająco blisko, zaczynają generować fale grawitacyjne, które w istocie są zmarszczkami w strukturze czasoprzestrzeni. Fale te stają się główną siłą wysysającą energię z układu, ale stają się wystarczająco silne dopiero wtedy, gdy czarne dziury znajdują się bardzo blisko siebie. „Problem końcowego parseka” pozostaje nierozwiązanym pytaniem, w przypadku którego naukowcy mają trudności z wyjaśnieniem, w jaki sposób czarne dziury pokrywają ostatnią szczelinę, w której dochodzi do zderzenia.

Moment uderzenia

Gdy czarne dziury zbliżają się do punktu zderzenia, ich horyzonty zdarzeń – granice, poza którymi nic nie może uciec – zaczynają się deformować i rozciągać ku sobie. Ostatecznie horyzonty te łączą się, tworząc jedną, większą czarną dziurę. Wydarzenie wydania ogromną ilość energii, a część masy pierwotnych czarnych dziur zamieniła się w fale grawitacyjne, jak zaobserwował LIGO w 2016 roku.