Oamenii de ştiinţă au folosit un detector de unde gravitaţionale pentru a "auzi" cum două găuri negre devin mai mari pe măsură ce fuzionează într-o singură entitate gigantică, reuşind să confirme observaţional teoria deseori contestată a lui Stephen Hawking, conform unui studiu publicat miercuri în Physical Review Letters transmite Live Science.
Detecţia, efectuată de Observatorul de Unde Gravitaţionale cu Interferometru Laser (LIGO) pe 14 ianuarie, oferă cea mai bună dovadă de până acum pentru o teorie avansată de faimosul fizician Stephen Hawking în urmă cu mai bine de o jumătate de secol, dar care nu a fost niciodată dovedită în timpul vieţii sale.
Studiul bazat pe aceste observaţii a fost condus de Adrian G. Abac, doctorand la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitaţională din Potsdam, Germania, transmite Agerpres.
LIGO detectează unde gravitaţionale - ondulaţii în structura spaţiu-timpului eliberate în timpul celor mai extreme evenimente din cosmos, cum ar fi coliziunile găurilor negre sau ale stelelor neutronice (rămăşiţele stelelor gigantice). Prima sa detectare directă a undelor gravitaţionale, efectuată acum aproape exact 10 ani, pe 14 septembrie 2015, a confirmat predicţiile lui Albert Einstein despre relativitatea generală prin observarea fuziunii a două găuri negre.
Acum, cu un deceniu de experienţă la activ, colaboratorii LIGO au adus numeroase îmbunătăţiri detectoarelor - astfel încât fuziunile găurilor negre sunt acum observate aproximativ o dată la trei zile, în loc de o dată pe lună, potrivit unui comunicat al Caltech, care operează LIGO împreună cu MIT.
În timpul evenimentului detectat pe 14 ianuarie, LIGO a fost martor la fuziunea a două găuri negre, gaura neagră rezultată fiind semnificativ mai mare decât cele două obiecte care intrau în coliziune.
Înainte de fuziune, suprafaţa combinată a celor două găuri negre era de aproximativ 243.000 de kilometri pătraţi - aproximativ dimensiunea statului Oregon. După fuziune, prin contrast, gaura neagră unică şi nou formată avea o suprafaţă de aproximativ 400.000 de kilometri pătraţi - aproximativ dimensiunea statului California. Cu alte cuvinte, gaura neagră nou formată era mai mare decât suma părţilor sale.
Detectarea găurii negre în creştere confirmă o predicţie lansată de Hawking în 1971, conform căreia "orizontul evenimentelor - limita exterioară" a unei găuri negre dincolo de care nimic nu poate scăpa - nu poate niciodată să scadă în dimensiune, au declarat cercetătorii de la Universitatea Columbia, care face parte din LIGO Collaboration, într-o declaraţie separată.
"Chiar dacă este o afirmaţie foarte simplă, 'aria poate doar să crească', are implicaţii imense", a declarat co-autorul studiului Maximiliano Isi, profesor asistent la Universitatea Columbia şi cercetător asociat la Institutul Flatiron, într-o declaraţie a Societăţii Americane de Fizică (APS). Teorema lui Hawking este cunoscută sub numele de a doua lege a mecanicii găurilor negre şi este similară cu a doua lege a termodinamicii, care afirmă că entropia nu poate decât să crească în timp.
Această teorie îi face acum pe oamenii de ştiinţă să trateze găurile negre ca pe nişte "obiecte termodinamice", a continuat APS în declaraţie, "o schimbare de paradigmă cimentată de descoperirea lui Hawking că acestea au entropie şi emit radiaţii din cauza efectelor cuantice din apropierea orizontului evenimentelor".
"Ne spune că relativitatea generală ştie ceva despre natura cuantică a acestor obiecte şi că informaţia, sau entropia, conţinută într-o gaură neagră este proporţională cu aria sa", a adăugat Isi.
Nu este prima dată când LIGO testează teoria lui Hawking; o observaţie din 2021 a confirmat provizoriu predicţia sa. Noile rezultate, însă, "confirmă acest rezultat anterior cu o precizie mult mai mare", au adăugat oficialii de la Columbia.
Studiul a atins această precizie examinând tonalitatea şi durata undelor gravitaţionale emise pe măsură ce găurile negre au fuzionat. Cercetătorii pot face deducţii despre găurile negre prin intermediul undelor lor, deoarece dimensiunea şi forma unei găuri negre influenţează aceste unde, în acelaşi mod în care dimensiunea şi forma unui instrument muzical afectează sunetul pe care îl produce.
Evenimentul nou detectat, cunoscut sub numele de GW250114, a produs un "sunet" în spaţiu-timp pe măsură ce noua gaură neagră s-a liniştit după fuziune.
"Acest sunet se produce atunci când o gaură neagră este perturbată, la fel cum sună un clopot când îl loveşti", a declarat co-autoarea studiului, Katerina Chatziioannou, profesor asistent de fizică la Caltech, în comunicatul APS.
"Sunetul" le-a permis cercetătorilor să confirme că gaura neagră rămasă avea o suprafaţă mai mare decât cele două găuri negre care s-au combinat pentru a o forma.
Descoperirile dovedesc, de asemenea, o altă teorie descrisă de matematicianul Roy Kerr în urmă cu aproximativ şase decenii. Numită metrica Kerr, teoria descrie modul în care funcţionează ecuaţiile de câmp ale lui Einstein pentru relativitatea generală într-o gaură neagră în rotaţie. Cu alte cuvinte, "două găuri negre cu aceeaşi masă şi spin sunt matematic identice", a spus Isi.
LIGO include în prezent două detectoare - unul în Hanford, Washington, şi unul în Livingston, Louisiana - iar interferometrele gemene funcţionează în mod obişnuit cu interferometrele Virgo din Europa şi Kamioka din Japonia, ca parte a Colaborării Ligo-Virgo-KAGRA (LVK).
Pe măsură ce cercetătorii continuă să perfecţioneze detectorii gemeni ai LIGO, este planificat cel puţin un alt detector. Atunci când LIGO-India va fi operaţional în jurul anului 2030, va "îmbunătăţi considerabil precizia cu care reţeaua LVK poate localiza sursele de unde gravitaţionale", au remarcat reprezentanţii Caltech. Mai multe detectoare ar putea apărea ulterior, deoarece echipa încearcă să "audă cele mai vechi fuziuni ale găurilor negre din univers", se adaugă în comunicat.
Cosmic Explorer, un concept pentru un interferometru mai mare în SUA, ar urma să aibă detectoare cu "braţe" de 10 ori mai lungi decât observatoarele LIGO actuale (fiecare având 4 km lungime, pentru a conţine lasere în interiorul tuburilor vidate din oţel). Europa are, de asemenea, un proiect propus numit Telescopul Einstein, care ar avea unul sau două detectoare subterane cu braţe lungi de peste 10 km.
- Te-ar putea interesa si:
- Paradoxul radiaţiei găurilor negre. Cum ar putea fi rezolvat, potrivit unui nou studiu. „Va avea un...
- Ultimul colaborator al lui Stephen Hawking a dezvăluit care a fost teoria finală a celebrului...
- Prima imagine care dovedeşte prezenţa unei găuri negre în centrul galaxiei noastre, publicată de...
