Jak to możliwe? Międzynarodowy zespół badawczy poinformował o wykryciu sygnału fal grawitacyjnych, który może stanowić pierwszą w historii obserwacyjną sygnaturę horyzontu zdarzeń czarnej dziury. O swoich dokonaniach uczeni piszą na łamach Nature. Jak przekonują, postęp może utorować drogę do poszukiwania najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie.
Dotychczas astronomowie poznawali czarne dziury wyłącznie pośrednio: obserwując zachowanie materii znajdującej się w ich otoczeniu lub analizując fale grawitacyjne powstające podczas zderzeń tych obiektów. Sam horyzont zdarzeń pozostawał jednak poza zasięgiem bezpośrednich badań, ponieważ zgodnie z prawami fizyki nie emituje ani nie odbija światła. Wszystko, co przekroczy tę granicę, przestaje być dostępne dla zewnętrznego obserwatora.
Naukowcy od pewnego czasu przewidywali jednak, że podczas łączenia się dwóch czarnych dziur może powstawać szczególny rodzaj fali grawitacyjnej określany mianem fali bezpośredniej. W przeciwieństwie do dobrze znanych drgań powstających po zderzeniu, zwanych modami quasi-normalnymi, nowy sygnał miałby pochodzić znacznie bliżej samego horyzontu zdarzeń i przenosić informacje o jego właściwościach.
Przełom był możliwy dzięki analizie wyjątkowo silnego sygnału oznaczonego jako GW250114. Było to jedno z najpotężniejszych zjawisk dotyczących fal grawitacyjnych zarejestrowanych do tej pory, dzięki czemu badacze mogli wyodrębnić niezwykle subtelny sygnał ukryty w danych.
Według autorów badań, w końcowej fazie zderzenia dwóch czarnych dziur dochodzi do momentu, w którym układ przestaje zachowywać się jak dwa oddzielne obiekty i zaczyna funkcjonować jako jedna nowo powstała czarna dziura. W pobliżu jej horyzontu zdarzeń czasoprzestrzeń zostaje gwałtownie wprawiona w ruch przez ogromną grawitację i rotację obiektu. Powstaje wtedy charakterystyczna fala grawitacyjna, która bardzo szybko słabnie, ale jednocześnie niesie informacje o zachowaniu samego horyzontu zdarzeń.
Czytaj też: Radary wykryły sygnały dochodzące spod lodu Europy. Ten księżyc Jowisza to potencjalne siedlisko kosmitów
Jako że sygnały fal grawitacyjnych należą do najtrudniejszych do wykrycia zjawisk we współczesnej astronomii, to naukowcy mieli szczególnie skomplikowane zadanie. Gdy takie fale docierają do Ziemi, powodują odkształcenia czasoprzestrzeni mniejsze od średnicy jądra atomowego. Dlatego przez długi czas panowało przekonanie, że odnalezienie tak subtelnego efektu może pozostawać poza możliwościami obecnych instrumentów.
Autorzy przyznają, że początkowo sami podchodzili do wyników z dużą ostrożnością. Dane wielokrotnie sprawdzano pod kątem możliwych błędów i fałszywych sygnałów. Ostatecznie okazało się jednak, że obserwowany przebieg pokrywa się z wcześniejszymi przewidywaniami teoretycznymi dotyczącymi istnienia fali bezpośredniej. Jeśli kolejne obserwacje to potwierdzą, astronomowie zyskają zupełnie nowe narzędzie do badania czarnych dziur. Analiza takich sygnałów może pozwolić określić między innymi prędkość obrotu horyzontu zdarzeń oraz sposób, w jaki ekstremalna grawitacja tłumi informacje próbujące wydostać się z jego najbliższego otoczenia.
Źródło: Nature
