O detectare recentă a unei fuziuni de găuri negre aduce dovezi fără precedent asupra comportamentului acestor obiecte cosmice. Observațiile permit testarea directă a prevederilor teoriei relativității generale și a unor idei formulate de Stephen Hawking. Măsurătorile au surprins semnalul complet al coliziunii, de la impact până la acomodarea finală a obiectului rezultat. Rezultatele întăresc ipoteza că o gaură neagră este definită în esență prin masă și rotație.
Detecția completă a fuziunii și ce confirmă despre teoria gravitației
O echipă internațională a analizat semnalele colectate de LIGO, alături de colaboratorii Virgo și KAGRA. Operatorii au capturat nu doar faza inițială a coliziunii, ci și reverberațiile de după formarea unui singur obiect. Această parte finală a semnalului oferă informații esențiale despre caracteristicile obiectului remanent. Datele permit să se măsoare frecvențele și duratele undelor emise în ultimele milisecunde. Astfel, cercetătorii au verificat că proprietățile finale sunt consistente cu un model simplu, definit prin masă și spin.
Metodologia folosită a izolat tonalitățile specifice ale semnalului, similare notelor produse de un clopot, dar în spațiu-timp. Această abordare a fost perfecționată în ultimii ani. Tehnicile permit separarea vibrațiilor finale ale găurii negre de semnalele premergătoare. În cazul acestei fuziuni, obiectul rezultat are aproximativ 63 de mase solare. Viteza de rotație măsurată se traduce prin sute de rotații pe secundă la scară relativă a orizontului evenimentului.
Datele au fost publicate în revista Physical Review Letters și provin dintr-o analiză condusă de oameni de știință de la Flatiron Institute și colaboratori. Concluzia principală este că observațiile se aliniază cu predicțiile formulate de Einstein în cadrul relativității generale. În același timp, măsurătorile sprijină ideile teoretice legate de comportamentul orizontului unei găuri negre.
Cum au fost interpretate semnalele și importanța izolării frecvențelor
Capturarea semnalului complet a fost posibilă datorită sensibilității sporite a detectoarelor moderne. Detectoarele măsoară variații minime ale lungimii traiectoriei laserului, produse de trecerea undelor. Prin analiza frecvențială, cercetătorii au extras tonuri scurte, reprezentative pentru faza finală a coliziunii. Această izolare oferă un test direct al simplității găurilor negre descrise matematic prin ecuția Kerr.
Modelul Kerr prevede că un obiect de acest tip este complet caracterizat de doar două mărimi fizice. Observațiile sugerează că remanentul rezultat respectă această descriere. În plus, compararea suprafețelor orizonturilor înainte și după fuziune a permis testarea unei ipoteze cheie formulate de Hawking. Rezultatele au indicii puternice că suprafața orizontului nu scade în urma fuziunii. Această constatare este compatibilă cu analogia termodinamică a găurilor negre.
„Măsurătorile complete oferă cea mai clară imagine de până acum a modului în care se comportă orizontul unei găuri negre.”
- Fuziunea a produs o gaură neagră de aproximativ 63 de mase solare.
- Analizele au izolat tonuri finale în milisecunde pentru teste stricte.
- Rezultatele susțin atât relativitatea generală, cât și teorema ariei lui Hawking.
Concluzii și implicații pentru fizica gravitației și gravitația cuantică
Confirmarea că o gaură neagră poate fi descrisă prin masă și spin întărește simplitatea teoretică propusă de decenii. Validarea teoremei ariei indică un comportament asemănător entropiei, legând domeniile termodinamicii și gravitației. Aceste observații nu rezolvă însă toate întrebările despre gravitația cuantică. Ele creează însă puncte de plecare solide pentru modele care încearcă să unifice relativitatea generală cu mecanica cuantică. Pe termen mediu și lung, îmbunătățirile planificate ale detectoarelor vor permite măsurători mult mai precise. Astfel, comunitatea științifică va putea testa variante alternative ale teoriei gravitației și comportamente exotice ale materiei la densități extreme.
Sursa: sciencedaily.com