Au „ascultat” marginea unei găuri negre. Semnalul care aduce fizica mai aproape de punctul fără întoarcere

O gaură neagră nu poate trimite mesaje din interiorul ei. Dincolo de orizontul evenimentelor, nici măcar lumina nu mai poate scăpa, iar orice informație care trece acea limită devine inaccesibilă unui observator aflat la distanță. Totuși, oamenii de știință au reușit să extragă informații dintr-o zonă extrem de apropiată de această graniță cosmică, folosind undele gravitaționale produse de ciocnirea a două găuri negre.

Este cea mai apropiată „privire” pe care astronomii au obținut-o până acum spre regiunea unde gravitația devine atât de puternică, încât spațiul și timpul se comportă în moduri greu de imaginat. Nu au fotografiat suprafața unei găuri negre și nici nu au interceptat vreun semnal trimis din interior. Au identificat însă o componentă subtilă din vibrațiile spațiu-timpului, emisă în chiar momentul în care două găuri negre s-au unit într-una singură.

Ce au auzit oamenii de știință în „ultimul sunet” al coliziunii

Evenimentul analizat poartă numele GW250114 și a avut loc la aproximativ 1,3 miliarde de ani-lumină de Pământ. Cele două găuri negre implicate aveau mase apropiate de 30-40 de ori mai mari decât cea a Soarelui. După ce s-au orbitat reciproc cu viteze uriașe, au fuzionat și au format o gaură neagră nouă, mai masivă.

Un asemenea eveniment nu produce lumină pe care să o poți surprinde cu un telescop obișnuit. În schimb, produce unde gravitaționale: deformări minuscule ale spațiu-timpului care călătoresc prin Univers. Când ajung pe Pământ, detectorii LIGO măsoară schimbări incredibil de mici, de ordinul unei fracțiuni din dimensiunea unui proton.

Vezi și:

Cât costă să îți recuperezi mașina ridicată în București. Tarife unice pentru toate cele șase sectoare

GW250114 a fost un eveniment special deoarece semnalul său a fost excepțional de clar. Cu cât semnalul este mai puternic și mai puțin afectat de zgomotul de fond, cu atât cercetătorii pot analiza mai atent diferitele „straturi” ale undei gravitaționale. În acest caz, echipa condusă de Neil Lu și Ling Sun a separat o componentă numită „undă directă”, un semnal slab care fusese dificil de observat și interpretat până acum.

Această undă directă apare foarte aproape de momentul fuziunii și păstrează urme ale proprietăților găurii negre nou-formate. Practic, ea oferă informații despre regiunea din apropierea orizontului evenimentelor, limita de unde nimic nu se mai poate întoarce.

Cum poate fi măsurată „suprafața” unei găuri negre

Găurile negre nu au o suprafață solidă, ca Pământul sau Soarele. Orizontul evenimentelor este o limită matematică și fizică. Dacă un obiect o depășește, viteza necesară pentru a scăpa de gravitația găurii negre ar fi mai mare decât viteza luminii, lucru imposibil în Universul cunoscut.

Vezi și:

Galaxia uriașă care arată ca un arc cu săgeată: astronomii au descoperit o formă cosmică nemaivăzută

Vinul care ar putea veni din spațiu: semințe de struguri din Texas pleacă spre Stația Spațială Internațională

Cercetătorii au reușit să estimeze două proprietăți fundamentale ale acestei limite: frecvența de rotație și gravitația de suprafață. Prima arată cât de repede se rotește regiunea apropiată de orizontul evenimentelor. A doua descrie cât de violent este efectul gravitației în acea zonă extremă.

Un fenomen-cheie este „frame dragging”, adică tragerea spațiu-timpului de către o gaură neagră care se rotește. Imaginează-ți că ai pune o bilă într-un vârtej uriaș de apă. Pe măsură ce se apropie de centru, curentul o obligă să se învârtă tot mai repede. În apropierea unei găuri negre rotative, spațiul-timpul însuși este antrenat într-un mod asemănător.

Noul studiu arată că undele gravitaționale pot surprinde urmele acestui efect direct în datele observate. Este important fiindcă oferă o metodă nouă de testare a relativității generale a lui Einstein exact acolo unde teoria este pusă la cea mai grea încercare: în apropierea unei găuri negre aflate în plin proces de formare.

De ce nu este vorba despre o descoperire „din interiorul” găurii negre

Titlul spectaculos despre „mesaje de la suprafața unei găuri negre” trebuie privit cu atenție. Cercetătorii nu au primit semnale de dincolo de orizontul evenimentelor și nu au demonstrat că informația poate evada dintr-o gaură neagră. Legile fizicii cunoscute spun în continuare că nimic nu poate ieși odată ce a trecut acea limită.

Ce au făcut, de fapt, este mai subtil și mai valoros din punct de vedere științific. Au observat semnale produse în vecinătatea orizontului, înainte ca energia implicată să devină complet inaccesibilă. Este echivalentul unei situații în care nu poți intra într-o cameră închisă, dar poți analiza cu precizie vibrațiile ușii și pereților pentru a înțelege ce se întâmplă foarte aproape de prag.

Rezultatele pot ajuta la verificarea mai strictă a modelului Kerr, descrierea matematică folosită pentru găurile negre care se rotesc. Până acum, relativitatea generală a rezistat remarcabil de bine tuturor testelor realizate în condiții extreme. Totuși, regiunea din apropierea orizontului evenimentelor rămâne una dintre puținele zone unde gravitația și mecanica cuantică ar putea, într-o zi, să ofere indicii despre o fizică nouă.

Pe măsură ce detectoarele de unde gravitaționale devin mai precise, astronomii vor putea analiza coliziuni mai îndepărtate, mai slabe sau mai complexe. Iar fiecare astfel de semnal poate aduce o informație nouă despre obiectele care, până nu demult, păreau imposibil de studiat direct: găurile negre și granița lor misterioasă cu restul Universului.

Țara europeană care plătește șoferii care au mașini diesel. Soluția aleasă în locul interdicțiilor