În 2017, un val gravitațional a sunat pe Pământ ca tonul clar al unui clopot. El a întins și a gâdilat fiecare persoană, furnică și instrument științific de pe planetă, în timp ce a trecut prin regiunea noastră de spațiu. Acum, cercetătorii s-au întors și au studiat acea undă și au găsit date ascunse în ea - date care ajută la confirmarea unei idei de astrofizică vechi de zeci de ani.
Valul acela din 2017 a fost o mare afacere: pentru prima dată, astronomii au avut un instrument care putea să-l detecteze și să-l înregistreze pe măsură ce a trecut, cunoscut sub numele de Laser Interferometru Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Aceștia au constat că primul val a fost rezultatul a două găuri negre care s-au prăbușit foarte departe în spațiu. Și acum, o echipă de astrofizicieni a aruncat o altă privire asupra înregistrării și a descoperit ceva ce ceilalți credeau că ar fi nevoie de zeci de ani pentru a descoperi: confirmarea precisă a „teoremei fără păr”. Acest aspect esențial al teoriei găurilor negre datează cel puțin din anii ’70 - teoremă de care Stephen Hawking se îndoia cu adevărat.
Când fizicienii spun că găurile negre nu au „păr”, a declarat Maximiliano Isi, fizician la MIT și autorul principal al lucrării, înseamnă că obiectele astrofizice sunt foarte simple. Găurile negre nu diferă decât în trei moduri: viteza de rotire, masa și sarcina electrică. Și în lumea reală, găurile negre probabil nu diferă mult în ceea ce privește sarcina electrică, astfel încât acestea diferă doar în ceea ce privește masa și rotirea. Fizicienii numesc aceste obiecte chelie „găuri negre Kerr”.
Că lipsirea de haine face ca găurile negre să fie foarte diferite de aproape orice alt obiect din univers, a spus Isi pentru Live Science. Când sună un clopot adevărat, de exemplu, emite unde sonore și unele unde gravitaționale incredibil de slabe. Dar este un obiect mult mai complicat. Un clopot este confecționat dintr-un material, de exemplu (bronz poate, sau fontă), în timp ce, după modelul fără păr, găurile negre sunt toate singularități uniforme. Fiecare clopot are, de asemenea, o formă oarecum unică, în timp ce găurile negre sunt puncte infinitesimale, fără dimensiuni, în spațiu înconjurat de orizonturi sferice. Toate acele caracteristici ale unui clopot pot fi detectate în sunetul pe care îl scoate un clopot - cel puțin dacă știți ceva despre clopote și unde sonore. Dacă ai putea simți cumva undele gravitaționale ale unui clopot, ai detecta și aceste diferențe de compoziție și formă a clopotului în ele, a spus Isi.
"Secretul acestei întregi afaceri este faptul că forma de undă - modelul acestei întinderi și stoarceri - codifică informații despre sursă, lucrul care a făcut această undă gravitațională", a spus el pentru Live Science.
Și astronomii care studiază valul din 2017 au aflat foarte multe despre coliziunea cu gaura neagră care l-a născut, a spus Isi.
Însă înregistrarea a fost slabă și nu foarte detaliată. LIGO, cel mai bun detector de unde gravitaționale din lume, a folosit un laser pentru a măsura distanțele dintre oglinzile dispuse la 2,5 mile (4 kilometri) în afara unui model L în statul Washington. (Virgo, un detector similar, a preluat valul și în Italia.) Pe măsură ce valul s-a rostogolit peste LIGO, acesta a deformat spațiul-timp în sine și a schimbat ușor distanța. Dar detaliile valului gravitațional nu au fost suficient de intense pentru a detecta detectoarele, a spus Isi.
„Dar parcă ascultăm de foarte departe”, a spus Isi.
La vremea respectivă, acel val oferea o mulțime de informații. Gaura neagră s-a comportat așa cum era de așteptat. Nu a existat nicio dovadă evidentă că îi lipsea un orizont de eveniment (regiunea dincolo de care nu poate scăpa nici o lumină) și nu s-a abătut dramatic de la teorema fără păr, a spus Isi.
Dar cercetătorii nu puteau fi foarte siguri de multe dintre aceste puncte, în special de teorema fără păr. Cea mai simplă parte a formei de undă de studiat, a spus Isi, a venit după ce cele două găuri negre s-au contopit într-o gaură neagră mai mare. A continuat să sune o vreme, cam ca un clopoțel lovit, trimițând energia în exces în spațiu ca unde gravitaționale - ceea ce astrofizicienii numesc procesul de „apel de apel”.
La acea vreme, cercetătorii care se uitau la datele LIGO au descoperit o singură formă de undă în abonament. Cercetătorii au crezut că va fi nevoie de zeci de ani pentru a dezvolta instrumente suficient de sensibile pentru a ridica orice avertisment mai liniștit în casă. Dar unul dintre colegii lui Isi, Matt Giesler, fizician la Institutul de Tehnologie din California, și-a dat seama că a existat o scurtă perioadă imediat după coliziunea în care apelul a fost destul de intens încât LIGO a înregistrat mai multe detalii decât de obicei. Și în acele momente, valul a fost suficient de puternic încât LIGO a preluat un capăt - un al doilea val la o frecvență diferită, la fel ca și notele secundare slabe care sunt purtate în sunetul unui clopot.
În instrumentele muzicale, sonorile poartă cea mai mare parte a informațiilor care le dau instrumentelor sunetele lor distinctive. Acelasi lucru este valabil si in ceea ce priveste efectele unei unde gravitationale, a spus el. Și acest avertisment recent descoperit a clarificat foarte mult datele de pe gaura neagră care sună, a spus Isi.
El a arătat, a spus el, că gaura neagră era cel puțin foarte aproape de o gaură neagră Kerr. Teorema fără păr poate fi folosită pentru a prezice cum va arăta capătul; Isi și echipa sa au arătat că această persoană se potrivea destul de bine cu această predicție. Totuși, înregistrarea tonului nu a fost foarte clară, așa că este încă posibil ca tonul să fie oarecum diferit - cu aproximativ 10% - față de ceea ce va prezice teorema ...
Pentru a depăși acest nivel de precizie, a spus el, va trebui să extrageți un avertisment mai clar din forma de undă a unei coliziuni cu o gaură neagră sau să construiți un instrument mai sensibil decât LIGO, a spus Isi.
„Fizica înseamnă să se apropie și să se apropie”, a spus Isi. „Dar nu poți fi niciodată sigur”.
Este chiar posibil ca semnalul de la avertisment să nu fie real, ci sa întâmplat din simpla întâmplare din cauza fluctuațiilor aleatorii ale datelor. Aceștia au raportat o „încredere de 3.6σ” în existența prevestirii. Asta înseamnă că există aproximativ 1-în-6.300 de șanse ca abonamentul să nu fie un adevărat semnal din gaura neagră.
Pe măsură ce instrumentele se îmbunătățesc și se detectează mai multe unde gravitaționale, toate aceste numere ar trebui să devină mai sigure și mai precise, a spus Isi. LIGO a trecut deja prin upgrade-uri care au făcut ca detectarea coliziunilor cu gaura neagră să fie destul de rutină. Un alt upgrade, planificat pentru jumătatea anului 2020, ar trebui să-și mărească sensibilitatea de zece ori, potrivit Physics World. Odată ce antena de spațiu cu interferometru spațial (LISA) este lansată la jumătatea anilor 2030, astronomii ar trebui să poată confirma lipsa de găuri negre până la grade de siguranță imposibile în prezent.
Cu toate acestea, a spus Isi, este întotdeauna posibil ca găurile negre să nu fie complet clape - pot avea unele fucuri cuantice de piersici care sunt simple și moi și scurte pentru instrumentele noastre.
