Deset godina nakon povijesne prve izravne detekcije gravitacijskih valova koji nastaju sudarom dviju crnih rupa, znanstvenici su zabilježili novi, dosad najjasniji signal tog svemirskog fenomena. Zahvaljujući značajno poboljšanoj tehnologiji i preciznijim instrumentima u detektorima gravitacijskih valova, novo otkriće pruža do sada najčišći dokaz o prirodi crnih rupa te nudi dugo traženu potvrdu temeljnih predviđanja Alberta Einsteina i Stephena Hawkinga.

Nova mjerenja provedena su uz pomoć detektora gravitacijskih valova LIGO, a analizu podataka predvodili su astrofizičari Maximiliano Isi i Will Farr s Instituta Flatiron u New Yorku. Rezultati, objavljeni nedavno u časopisu Physical Review Letters, otkrivaju nove spoznaje o svojstvima crnih rupa i fundamentalnoj prirodi prostorvremena. Autori rada vjeruju kako su pronađeni neki od najjačih dokaza da su crne rupe upravo onakve kakve je predvidjela Einsteinova opća teorija relativnosti.

Potvrda fundamentalnih teorija

Novootkriveni signal gravitacijskih valova, označen kao GW250114, nastao je spajanjem kojim je formirana crna rupa mase 63 solarnih masa, koja se okreće brzinom od 100 okretaja u sekundi. Iako je događaj sličan onome koji je prvi put detektiran 2015. godine, današnji su instrumenti znatno osjetljiviji, što je znanstvenicima omogućilo analizu signala na načine koji tada nisu bili mogući. Sada su znanstvenici prvi put uspjeli izolirati i detaljno analizirati "zvonjavu" crne rupe, tj. završne odjeke koji nastaju nekoliko milisekundi nakon sudara, dok se novonastala crna rupa još stabilizira.

Preciznost novih podataka omogućila je znanstvenicima testirati desetljećima staru pretpostavku fizičara Roya Kerra. On je 1963. godine postavio tezu da su crne rupe fundamentalno jednostavni objekti opisani sa samo dva svojstva: masom i rotacijom. Nova mjerenja potvrdila su da je novonastala crna rupa doista jednostavan objekt koji se također pokorava tom pravilu. Uz to, opažanja su pružila najsnažniji dokaz do sada za teorem Stephena Hawkinga, poznat kao "teorem o površini", koji kaže da se ukupna površina horizonta događaja crne rupe može samo povećavati.

Put do kvantne gravitacije

Potvrda Hawkingovog teorema ukazuje na duboku povezanost s drugim zakonom termodinamike, koji nalaže da se ukupna entropija u izoliranom sustavu s vremenom mora povećavati. "Zaista je dubokoumna spoznaja da se veličina horizonta događaja crne rupe ponaša poput entropije," istaknuo je Isi. Ova spoznaja ima duboke teorijske implikacije i znači da se određeni aspekti crnih rupa mogu koristiti za matematičko istraživanje prave prirode prostora i vremena. Razumijevanje termodinamike crnih rupa moglo bi dovesti do napretka u potrazi za takozvanom kvantnom gravitacijom, teorijom koja bi trebala ujediniti Einsteinovu opću relativnost i kvantnu fiziku.

Znanstvena zajednica vjeruje da će buduća otkrića spajanja crnih rupa otkriti još više o prirodi ovih ekstremnih objekata. Očekuje se da će detektori u sljedećem desetljeću postati i do deset puta osjetljiviji, što će omogućiti još rigoroznije testove. "Slušanje tonova koje emitiraju ove crne rupe naša je najbolja šansa za učenje o svojstvima ekstremnih prostor-vremena koje proizvode," rekao je Farr. "Dugo je ovo polje bilo čista matematička i teorijska spekulacija, no sada smo u poziciji da zaista vidimo ove nevjerojatne procese na djelu," zaključio je Isi.

Objavljen i "zvuk"

Znanstvena kolaboracija LIGO Virgo KAGRA objavila je i video sa zvukom koji uspoređuje novootkriveni signal gravitacijskog vala nazvan GW250114 s prvim ikad otkrivenim signalom gravitacijskog vala, GW150914, iz 2015. godine. Oba signala došla su od sličnog sudara crnih rupa. Video reproducira svaku detekciju u obliku zvučnih valova dva puta. Prvi krug se reproducira na izvornim frekvencijama, u kojima su frekvencije gravitacijskih valova izravno pretvorene u zvučne valove. U drugom krugu, visina tona je povećana za 30 posto kako bi se "cvrkut" lakše čuo.

Tiša pozadinska buka u događaju GW250114 u usporedbi s GW150914 pokazuje koliko se dramatično poboljšala osjetljivost detektora LIGO tijekom posljednjeg desetljeća.