Naukowcy z projektu LIGO-Virgo-KAGRA ogłosiła wykrycie sygnału GW250114, który okazał się najintensywniejszym zdarzeniem fali grawitacyjnej w dotychczasowej historii obserwacji. Stosunek sygnału do szumu osiągnął wartość 80, co stanowi absolutny rekord pozwalający na przeprowadzenie najbardziej precyzyjnych testów teorii Einsteina.
Rekordowy sygnał potwierdza fundamentalne teorie. Sygnał GW250114 powstał w wyniku kolizji dwóch czarnych dziur, z których każda miała masę około 32 razy większą od masy Słońca. Samo zderzenie nie było niczym niezwykłym – podobne zdarzenia naukowcy obserwują regularnie od 2015 roku. Wyjątkowa okazała się jednak niebywała klarowność sygnału, która umożliwiła przeprowadzenie analiz na bezprecedensowym poziomie.
Czytaj także: We wszechświecie doszło do potężnej kolizji. Zderzyły się ze sobą czarne dziury
Dzięki tej niezwykłej precyzji badacze po raz pierwszy zdołali wyodrębnić dwa różne “tony” z fal grawitacyjnych emitowanych przez nowo powstałą czarną dziurę. Te charakterystyczne głosy czarnych dziur stanowią kluczowy element teorii opisujących naturę tych fascynujących obiektów.
Odkrycie ma szczególne znaczenie w kontekście temporalnym – nastąpiło niemal dokładnie dziesięć lat po pierwszej historycznej obserwacji fal grawitacyjnych z 14 września 2015 roku. Postęp technologiczny osiągnięty w tym okresie pozwolił na trzykrotne zwiększenie czułości instrumentów pomiarowych.
Najważniejszym osiągnięciem okazało się potwierdzenie przewidywania Stephena Hawkinga z 1971 roku. Zgodnie z jego teorią, podczas procesu fuzji czarnych dziur całkowita powierzchnia horyzontu zdarzeń może wyłącznie rosnąć – nigdy nie ulega zmniejszeniu.
Dane z obserwacji GW250114 dostarczyły konkretnych wartości liczbowych. Początkowe czarne dziury miały łączną powierzchnię około 240 tysięcy kilometrów kwadratowych, co odpowiada mniej więcej powierzchni Wielkiej Brytanii. Po zderzeniu powstała czarna dziura o powierzchni około 400 tysięcy kilometrów kwadratowych, porównywalnej z obszarem Szwecji.
To potwierdzenie ma głębokie konsekwencje dla współczesnej fizyki. W latach 70. ubiegłego wieku Hawking wraz z Jacobem Bekensteinem wykazali, że powierzchnia czarnej dziury jest proporcjonalna do jej entropii – miary nieuporządkowania systemu. Ta zależność otworzyła drogę do przełomowych prac nad grawitacją kwantową.
Drugie istotne osiągnięcie dotyczyło potwierdzenia natury Kerra czarnych dziur. Równania opracowane w 1963 roku przez nowozelandzkiego matematyka Roya Kerra elegancko opisują przestrzeń i czas w pobliżu wirującej czarnej dziury.
Metryka Kerra przewiduje fascynujące efekty, w tym “wleczenie” przestrzeni wokół wirującej czarnej dziury oraz zapętlanie się światła, które tworzy wielokrotne kopie obserwowanych obiektów. Teoria wskazuje również, że czarna dziura i jej charakterystyczne głosy po zakłóceniu są unikalnie opisane wyłącznie przez dwie wartości – masę i prędkość wirowania.
Dzięki wyjątkowej klarowności sygnału GW250114 naukowcy po raz pierwszy zdołali wyodrębnić te dwa różne tony z fal grawitacyjnych i potwierdzić, że zachowują się one zgodnie z przewidywaniami Kerra. Stanowi to solidny dowód na naturę czarnych dziur występujących w przyrodzie.
Czytaj także: Wykryli zderzenie czarnej dziury z gwiazdą neutronową. To pierwszy taki przypadek w historii
Odkrycie demonstruje również ogromny postęp technologiczny w dziedzinie astronomii fal grawitacyjnych. Instrumenty takie jak europejski Virgo czy japoński KAGRA, działający w podziemnej kopalni Kamioka, osiągnęły niespotykane wcześniej możliwości detekcyjne.
Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters otwierają nową erę precyzyjnych testów ogólnej teorii względności. Po dziesięciu latach od pierwszego wykrycia fal grawitacyjnych naukowcy dysponują narzędziami pozwalającymi na badanie najbardziej ekstremalnych zjawisk we Wszechświecie z bezprecedensową dokładnością.
Co dalej z badaniami nad falami grawitacyjnymi. Choć odkrycie budzi uzasadniony entuzjazm, warto zachować pewien dystans. Potwierdzenie teorii Hawkinga i Kerra to niewątpliwie milowy krok, ale wciąż pozostaje wiele niewyjaśnionych kwestii dotyczących natury czarnych dziur. Kolejne lata badań z wykorzystaniem udoskonalonych detektorów z pewnością przyniosą nowe, być może jeszcze bardziej zaskakujące odkrycia.