Detecția, efectuată de Observatorul de Unde Gravitaționale 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 vieții sale.

Studiul bazat pe aceste observații a fost condus de Adrian G. Abac, doctorand la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională din Potsdam, Germania.

LIGO detectează unde gravitaționale – ondulații în structura spațiu-timpului eliberate în timpul celor mai extreme evenimente din cosmos, cum ar fi coliziunile găurilor negre sau ale stelelor neutronice (rămășițele stelelor gigantice). Prima sa detectare directă a undelor gravitaționale, efectuată acum aproape exact 10 ani, pe 14 septembrie 2015, a confirmat predicțiile lui Albert Einstein despre relativitatea generală prin observarea fuziunii a două găuri negre.

Acum, cu un deceniu de experiență la activ, colaboratorii LIGO au adus numeroase îmbunătățiri 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, suprafața combinată a celor două găuri negre era de aproximativ 243.000 de kilometri pătrați – aproximativ dimensiunea statului Oregon. După fuziune, prin contrast, gaura neagră unică și nou formată avea o suprafață de aproximativ 400.000 de kilometri pătrați – aproximativ dimensiunea statului California. Cu alte cuvinte, gaura neagră nou formată era mai mare decât suma părților sale.

Detectarea găurii negre în creștere confirmă o predicție 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 declarație separată.

‘Chiar dacă este o afirmație foarte simplă, ‘aria poate doar să crească’, are implicații imense’, a declarat co-autorul studiului Maximiliano Isi, profesor asistent la Universitatea Columbia și cercetător asociat la Institutul Flatiron, într-o declarație a Societății Americane de Fizică (APS). Teorema lui Hawking este cunoscută sub numele de a doua lege a mecanicii găurilor negre și 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 știință să trateze găurile negre ca pe niște ‘obiecte termodinamice’, a continuat APS în declarație, ‘o schimbare de paradigmă cimentată de descoperirea lui Hawking că acestea au entropie și emit radiații din cauza efectelor cuantice din apropierea orizontului evenimentelor’.

‘Ne spune că relativitatea generală știe ceva despre natura cuantică a acestor obiecte și că informația, sau entropia, conținută într-o gaură neagră este proporțională cu aria sa’, a adăugat Isi.

Nu este prima dată când LIGO testează teoria lui Hawking; o observație din 2021 a confirmat provizoriu predicția 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 și durata undelor gravitaționale emise pe măsură ce găurile negre au fuzionat. Cercetătorii pot face deducții despre găurile negre prin intermediul undelor lor, deoarece dimensiunea și forma unei găuri negre influențează aceste unde, în același mod în care dimensiunea și forma unui instrument muzical afectează sunetul pe care îl produce.

Evenimentul nou detectat, cunoscut sub numele de GW250114, a produs un ‘sunet’ în spațiu-timp pe măsură ce noua gaură neagră s-a liniștit după fuziune.

‘Acest sunet se produce atunci când o gaură neagră este perturbată, la fel cum sună un clopot când îl lovești’, 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 suprafață 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 șase decenii. Numită metrica Kerr, teoria descrie modul în care funcționează ecuațiile de câmp ale lui Einstein pentru relativitatea generală într-o gaură neagră în rotație. Cu alte cuvinte, ‘Două găuri negre cu aceeași masă și spin sunt matematic identice’, a spus Isi.

LIGO include în prezent două detectoare – unul în Hanford, Washington, și unul în Livingston, Louisiana – iar interferometrele gemene funcționează în mod obișnuit cu interferometrele Virgo din Europa și Kamioka din Japonia, ca parte a Colaborării Ligo-Virgo-KAGRA (LVK).

Pe măsură ce cercetătorii continuă să perfecționeze detectorii gemeni ai LIGO, este planificat cel puțin un alt detector. Atunci când LIGO-India va fi operațional în jurul anului 2030, va ‘îmbunătăți considerabil precizia cu care rețeaua LVK poate localiza sursele de unde gravitaționale’, au remarcat reprezentanții 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 ‘brațe’ de 10 ori mai lungi decât observatoarele LIGO actuale (fiecare având 4 km lungime, pentru a conține lasere în interiorul tuburilor vidate din oțel). Europa are, de asemenea, un proiect propus numit Telescopul Einstein, care ar avea unul sau două detectoare subterane cu brațe lungi de peste 10 km.

Sursa: AGERPRES