Co vyzvonila černá díra

Necelých deset let po prvním přímém pozorování gravitačních vln letos v lednu detektory LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zaznamenaly dosud nejsilnější signál. Událost s označením GW250114 vznikla srážkou dvou černých děr s hmotností asi 33,6násobku a 32,2násobku hmotnosti Slunce a díky dosud nevídané síle signálu bylo pozorovatelné i „zvonění“ výsledné černé díry. [1]

Schéma Lucy Reading-Ikkandová, Simons Foundation, Caltech, MIT, LIGO Laboratory

Podobně jako struna na kytaře i černá díra mimo rovnovážný stav „zvoní“ jednou dominantní frekvencí a vyššími, alikvotními tóny. Každý tón je popsán nejen svou frekvencí, ale také tlumením, které nám říká, jak rychle tón odeznívá. Vztah frekvencí a tlumení alikvotních tónů vůči základnímu vypovídá o vlastnostech a tvaru černé díry a jejich pozorováním lze určit, zda odpovídá Kerrovu řešení Einsteinových rovnic, které popisuje rotující černou díru v obecné teorii relativity. Tím lze ověřit, zda černá díra skutečně „nemá vlasy“: tedy je plně určena svou hmotností, momentem hybnosti a elektrickým nábojem.

Vraťme se ale k oné lednové události GW250114. Analýzy parametrů základního tónu a prvního alikvotního tónu potvrdily, že skutečně odpovídají Kerrovu řešení – hodnoty hmotnosti a moment u hybnosti z alikvotního tónu se shodovaly s parametry základního tónu. Kdyby v nich existovala jakákoliv odchylka, znamenalo by to, že k popisu černé díry je třeba nějakých dalších vlastností, a tedy i odchylky od obecné teorie relativity.

[1] Abac A. G. et al.: Phys. Rev. Lett., 2025, DOI: 10.1103/kw5g-d732