O descoperire majoră în studiul găurilor negre
Recent, cercetătorii au utilizat un detector de unde gravitaționale pentru a „asculta” procesul prin care două găuri negre devin mai mari prin fuziune într-o entitate gigantică. Această realizare a permis confirmarea observațională a unei teorii controversate propuse de Stephen Hawking, referitoare la comportamentul găurilor negre.
Detecția undelor gravitaționale
Evenimentul a fost înregistrat de Observatorul de Unde Gravitaționale cu Interferometru Laser (LIGO) pe 14 ianuarie și reprezintă cea mai solidă dovadă de până acum pentru teoria lui Hawking, formulată cu peste cincizeci de ani în urmă, dar care nu a avut confirmare în timpul vieții sale. Studiul, bazat pe aceste observații și publicat în revista Physical Review Letters, a fost condus de Adrian G. Abac, doctorand la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională din Potsdam, Germania.
LIGO este capabil să detecteze unde gravitaționale, care sunt ondulații în structura spațiu-timpului generate de cele mai extreme evenimente cosmice, precum coliziunile între găuri negre sau stele neutronice. Prima detecție directă a acestor unde a avut loc acum aproape zece ani, pe 14 septembrie 2015, confirmând predicțiile lui Albert Einstein în legătură cu relativitatea generală prin observarea fuziunii a două găuri negre.
Progresele aduse de LIGO
După un deceniu de activitate, echipa LIGO a implementat numeroase îmbunătățiri în detectoare, ceea ce a permis observarea fuziunilor de găuri negre la intervale mai frecvente, aproximativ o dată la trei zile, comparativ cu o dată pe lună în trecut. În timpul evenimentului din 14 ianuarie, LIGO a observat fuziunea a două găuri negre, rezultatul fiind o gaura neagră semnificativ mai mare decât cele două obiecte inițiale. Suprafața combinată a celor două găuri negre înainte de fuziune era de aproximativ 243.000 de kilometri pătrați, echivalentă cu dimensiunea statului Oregon, iar după fuziune, gaura neagră rezultată avea o suprafață de aproximativ 400.000 de kilometri pătrați, similară cu dimensiunea statului California.
Teoria lui Stephen Hawking
Confirmarea creșterii dimensiunii găurii negre susține predicția lui Hawking din 1971, conform căreia „orizontul evenimentului” – limita exterioară a unei găuri negre dincolo de care nimic nu poate scăpa – nu poate scădea în dimensiune. Această afirmație, deși simplă, are implicații profunde, conform specialiștilor de la Universitatea Columbia, parte a colaborării LIGO.
Co-autorul studiului, Maximiliano Isi, profesor asistent la Universitatea Columbia și cercetător asociat la Institutul Flatiron, a subliniat că afirmația „aria poate doar să crească” are implicații vaste în înțelegerea comportamentului găurilor negre. Teorema lui Hawking este cunoscută sub numele de a doua lege a mecanicii găurilor negre și este comparabilă cu a doua lege a termodinamicii, care stipulează că entropia nu poate decât să crească în timp.
Această teorie transformă percepția cercetătorilor, care acum consideră găurile negre ca fiind „obiecte termodinamice”, ceea ce reprezintă o schimbare de paradigmă, întărită de descoperirea lui Hawking că acestea au entropie și emit radiație.
Descoperiri Revoluționare în Studiul Găurilor Negre
Recent, cercetătorii au făcut progrese semnificative în înțelegerea găurilor negre, evidențiind legătura între relativitatea generală și natura cuantică a acestor obiecte misterioase. Conform afirmațiilor experților, informația sau entropia dintr-o gaură neagră este proporțională cu aria sa, ceea ce sugerează că relativitatea generală are cunoștințe despre efectele cuantice care se manifestă în apropierea orizontului evenimentelor.
Metodele de Măsurare
Nu este prima dată când instrumentele LIGO testează teoria lui Hawking, având deja o observație din 2021 care a confirmat provizoriu predicția acestuia. Totuși, noile rezultate confirmă această descoperire anterioară cu o precizie net superioară, conform oficialilor de la Columbia.
Precizia a fost obținută prin analiza tonalității și a duratei undelor gravitaționale emise în timpul fuziunii găurilor negre. Aceste unde sunt influențate de dimensiunea și forma găurilor negre, similar modului în care dimensiunea și forma unui instrument muzical afectează sunetul pe care îl produce.
Evenimentul GW250114
Un nou eveniment, denumit GW250114, a generat un „sunet” în spațiu-timp pe măsură ce gaura neagră rezultată s-a stabilizat după fuziune. Co-autoarea studiului, Katerina Chatziioannou de la Caltech, a explicat că acest sunet apare atunci când o gaură neagră suferă o perturbare, similar cu sunetul unui clopot atunci când este lovit.
Acest „sunet” a permis cercetătorilor să confirme că noua gaură neagră are o suprafață mai mare decât cele două găuri negre din care a fost formată. Descoperirile susțin, de asemenea, o teorie formulată de matematicianul Roy Kerr acum aproximativ șase decenii, cunoscută sub numele de metrica Kerr, care descrie comportamentul ecuațiilor de câmp ale lui Einstein pentru găurile negre în rotație.
Extinderea Rețelei LIGO
În prezent, LIGO dispune de două detectoare, unul situat în Hanford, Washington, și celălalt în Livingston, Louisiana. Aceste interferometre funcționează împreună cu interferometrele Virgo din Europa și Kamioka din Japonia, parte a Colaborării LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).
Cercetătorii continuă să îmbunătățească aceste detectoare, iar un al treilea detector, LIGO-India, este planificat să devină operațional în jurul anului 2030. Acesta va crește semnificativ precizia cu care rețeaua LVK poate localiza sursele de unde gravitaționale. De asemenea, este posibil ca ulterior să fie dezvoltate și alte detectoare, având scopul de a „auzi” cele mai vechi fuziuni de găuri negre din univers.
Proiecte Viitoare
Cosmic Explorer, un concept pentru un interferometru de mari dimensiuni în SUA, ar urma să utilizeze detectoare cu „brațe” de zece ori mai lungi decât cele actuale LIGO, fiecare având o lungime de 4 km. De asemenea, Europa propune un proiect numit Telescopul Einstein, care ar include unul sau două detectoare subterane cu brațe depășind 10 km.
Leave a Reply