Al doilea semnal de undă gravitațională a fost detectat

Pentru a doua oară, oamenii de știință au întrezărit valuri evazive care vibrează țesătura spațiului. O nouă observație a undelor gravitaționale, anunțată de oamenii de știință de la Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser avansat, LIGO, urmează prima lor detectie, raportată la începutul acestui an (SN: 3/5/16, str. 6). A doua detectare deschide în continuare o nouă fereastră prin care să observați universul.

„Era astronomiei undelor gravitaționale este peste noi”, spune astronomul Scott Ransom de la Observatorul Național de Radio Astronomie din Charlottesville, Virginia, care nu este implicat în LIGO. „Acum că sunt două, nu mai poți ocoli asta.”

Ambele seturi de tolbe cosmice au fost create în ciocniri cataclismice ale găurilor negre. Dar cea mai recentă observație indică faptul că astfel de perechi de găuri negre care fuzionează sunt un grup variat – găurile negre nou detectate au fost mult mai mici decât prima pereche. Și de data aceasta, oamenii de știință au ajuns la concluzia că unul din pereche se învârtea ca un vârf.

„Cel mai important lucru este că este al doilea”, spune purtătorul de cuvânt al LIGO Gabriela González de la Universitatea de Stat Louisiana din Baton Rouge. „Dar este important să fie diferit, pentru că arată că există un spectru de sisteme de găuri negre.”

Cele două găuri negre din cea mai recentă detectare au fost de aproximativ opt și de 14 ori masa Soarelui și au fost situate la aproximativ 1,4 miliarde de ani lumină de Pământ, estimează oamenii de știință. Când perechea s-a fuzionat, au format o gaură neagră umflată cu o masă de 21 de ori mai mare decât cea a soarelui. Masa unui soare a fost convertită în energie și dusă de undele gravitaționale, au anunțat oamenii de știință LIGO pe 15 iunie la San Diego, în timpul unei reuniuni a Societății Americane de Astronomie.

„Astronomia gravitațională este reală”, a spus directorul executiv al laboratorului LIGO, David Reitze, într-o conferință de presă. „Viitorul va fi plin de fuziuni binare de găuri negre pentru LIGO.”

O lucrare care descrie descoperirea a fost publicată online pe 15 iunie în Scrisori de revizuire fizică.

Pe măsură ce cele două găuri negre s-au învârtit una în jurul celeilalte și s-au trântit împreună, ele au generat ondulații cosmice care au întins și strâns spațiul – așa cum a prezis teoria generală a relativității a lui Einstein. Aceste valuri au pătruns în univers, ajungând la detectoarele gemene LIGO din Hanford, Washington, și Livingston, La., pe 26 decembrie 2015.

Fiecare detector LIGO în formă de L simte întinderea și strângerea minusculă a spațiului de-a lungul celor două brațe de 4 kilometri. Pe măsură ce trece o undă gravitațională, un braț se lungește, în timp ce celălalt se scurtează. Lumina laser care sare înainte și înapoi în brațe servește ca un baston de măsurare ultrasensibil care poate detecta acele modificări subtile de lungime (SN: 3/5/16, str. 22). Pe măsură ce undele gravitaționale au bubuit pe lângă Pământ în decembrie, ele s-au întins și au strâns brațele cu mai puțin de o miime din lățimea unui proton. „Este foarte, foarte mic”, a spus González. „Este ca și cum ai schimba distanța dintre Pământ și Soare cu o fracțiune din diametrul atomic.” Această abatere minusculă, care a apărut în ambii detectoare aproape simultan, a fost suficientă pentru a detecta ondulațiile semnalizatoare.

În comparație cu fuziunea găurii negre de către LIGO, detectată anterior, aceasta a fost o depășire mai mică. Aceste găuri negre aveau mai puțin de jumătate din dimensiunea celor din prima fuziune (30 și 35 de mase solare conform unei estimări recent revizuite). Iar semnalul coalescenței lor era mai subtil, ascunzându-se sub mișcările dezordonate ale datelor care rezultă din fluctuații aleatorii sau semnale nedorite din mediu.

Prima detectare a uimit oamenii de știință, din cauza maselor surprinzător de mari ale găurilor negre și a semnalelor grozave undele gravitaționale rămase în date. Dar noua fuziune a găurii negre este mai potrivită cu așteptările.

„Aceasta este mâncare confortabilă”, spune fizicianul Emanuele Berti de la Universitatea din Mississippi din Oxford, care nu este implicat în LIGO. „Dacă m-ai fi întrebat înainte de prima detectare, aș fi pariat că acesta ar fi fost primul tip de gaură neagră binară observată, nu monstrul pe care l-am văzut.”

Nu există nicio îndoială dacă semnalul este real – o alarmă falsă de această amploare ar trebui să apară doar o dată la 200.000 de ani. „Este foarte, foarte interesant”, spune fizicianul Clifford Will de la Universitatea din Florida din Gainesville. „Pare ca o descoperire foarte solidă”.

Într-o nouă întorsătură, oamenii de știință au descoperit că una dintre cele două găuri negre care fuzioneau se învârtea. Se rotea cu o viteză de cel puțin 20% din viteza maximă posibilă. Folosirea undelor gravitaționale pentru a studia modul în care perechile de găuri negre se învârtesc ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă cum se formează.

Oamenii de știință și-au folosit datele pentru a pune în practică relativitatea generală, căutând abateri de la predicțiile teoriei. Dar comportamentul găurilor negre a fost conform așteptărilor.

LIGO a văzut, de asemenea, indicii despre o a treia coliziune a găurii negre pe 12 octombrie. Totuși, dovezile nu au fost suficient de puternice pentru a pretinde o detectare definitivă.

LIGO este în prezent offline, în curs de îmbunătățiri care vor permite detectorilor să privească și mai mult în spațiu. Oamenii de știință se așteaptă să fie din nou în funcțiune în această toamnă, producând noi detectări de unde gravitaționale. „Acum știm sigur că vom vedea mai multe în viitor”, spune González.

Nota editorului: Această poveste a fost actualizată la 1:53 pm și 3:55 pm pe 15 iunie 2016, cu detalii suplimentare de la o conferință de presă LIGO.