LIGO prinde un alt set de unde gravitaționale

Pentru a treia oară, oamenii de știință au detectat reverberațiile infinitezimale ale spațiu-timpului: undele gravitaționale.

Două găuri negre au stârnit fluctuațiile spațiu-timpului, orbitându-se una în jurul celeilalte și învârtindu-se în spirală spre interior până când s-au fuzionat într-o gaură neagră jumbo cu o masă de aproximativ 49 de ori mai mare decât cea a soarelui. Ondulurile din acea uniune, care a avut loc la aproximativ 3 miliarde de ani-lumină de Pământ, au străbătut cosmosul cu viteza luminii, ajungând în cele din urmă la Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser avansat, LIGO, care le-a detectat pe 4 ianuarie.

„Acestea sunt cele mai puternice evenimente astronomice la care a asistat ființele umane”, a declarat Michael Landry, șeful observatorului LIGO Hanford, Washington, în timpul unei conferințe de presă din 31 mai în care a anunțat descoperirea. Pe măsură ce găurile negre s-au contopit, ele au transformat masa a aproximativ doi sori în energie, radiată ca unde gravitaționale.

Povestea continuă după grafică

Cele două detectoare LIGO, situate în Hanford și Livingston, La., constau fiecare dintr-o pereche de brațe lungi de 4 kilometri. Ei acționează ca niște rigle revoltător de supradimensionate pentru a măsura întinderea spațiu-timpului cauzată de undele gravitaționale. Conform teoriei gravitației lui Einstein, teoria generală a relativității, obiectele masive îndoaie țesătura spațiului și creează ondulații atunci când accelerează – de exemplu, atunci când două obiecte orbitează unul în jurul celuilalt. Ondulurile gravitaționale sunt mici: LIGO este reglat pentru a detecta undele care se întind și strâng brațele cu o miime din diametrul unui proton. Ciocnirile găurilor negre sunt unul dintre puținele evenimente din univers care sunt suficient de catastrofale pentru a produce rotații spațiu-timp suficient de mari pentru a fi detectate.

Cele două găuri negre care au dat naștere celor mai recente valuri au fost deosebit de puternice, cu mase de aproximativ 31 și 19 ori mai mari decât cele ale soarelui, anunță oamenii de știință la 1 iunie. Scrisori de revizuire fizică. Prima detecție a LIGO, anunțată în februarie 2016, a venit de la un duo și mai mare: de 36 și 29 de ori masa soarelui (SN: 3/5/16, str. 6). Astrofizicienii nu înțeleg pe deplin cum s-ar fi putut forma găuri negre atât de mari. Dar acum, „se pare că acestea nu sunt atât de neobișnuite, atât de clar că există o modalitate de a produce aceste găuri negre masive”, spune fizicianul Clifford Will de la Universitatea din Florida din Gainesville. A doua detectare a LIGO a prezentat două găuri negre mai mici, de 14 și de opt ori masa Soarelui (SN: 7/9/16, str. 8).

Găurile negre grele sunt greu de explicat, deoarece stelele care s-au prăbușit pentru a le forma trebuie să fi fost și mai masive. De obicei, vânturile stelare elimină în mod constant masa pe măsură ce o stea îmbătrânește, ducând la o gaură neagră mai mică. Dar, în anumite condiții, acele vânturi ar putea fi slabe – de exemplu, dacă stelele conțin puține elemente mai grele decât heliul sau au câmpuri magnetice intense (SN Online: 12/12/16). Masele mari de găuri negre ale LIGO sugerează că s-au format în astfel de medii.

De asemenea, oamenii de știință nu sunt de acord cu privire la modul în care găurile negre se asociază. O teorie este că două stele vecine explodează fiecare și produc două găuri negre, care apoi spiralează spre interior. Un altul este că găurile negre se găsesc una pe cealaltă într-un grup dens de stele, pe măsură ce găurile negre masive se scufundă în centrul grupului (SN Online: 19.06.16).

Noua detectare oferă un anumit sprijin pentru teoria clusterului de stele: modelul undelor gravitaționale observat de LIGO sugerează că una dintre găurile negre s-ar putea învârti în direcția opusă față de orbita sa. Ca un do-si-do cosmic, fiecare gaură neagră dintr-o pereche se învârte pe propria sa axă în timp ce se învârte în spirală spre interior. Este posibil ca găurile negre care se perechează ca stele să aibă rotiri aliniate cu orbitele lor. Dar dacă găurile negre se găsesc una pe cealaltă în haosul unui grup de stele, s-ar putea învârti în orice sens. Oricarea neagră potențial dezaliniată observată de LIGO favorizează oarecum scenariul clusterului de stele. Măsurarea este „sugestivă, dar nu este definitivă”, spune astrofizicianul Avi Loeb de la Universitatea Harvard.

Oamenii de știință vor avea nevoie de mai multe date pentru a stabili cum se formează duourile de găuri negre, spune fizicianul Emanuele Berti de la Universitatea Mississippi din Oxford. „Probabil că adevărul este undeva la mijloc.” Diverse procese ar putea contribui la formarea perechilor de găuri negre, spune Berti.

Ca și în cazul detectărilor anterioare ale undelor gravitaționale, oamenii de știință și-au folosit măsurătorile pentru a testa relativitatea generală. De exemplu, în timp ce relativitatea generală prezice că undele gravitaționale călătoresc cu viteza luminii, unele teorii alternative ale gravitației prezic că undele gravitaționale de diferite energii călătoresc cu viteze diferite. Oamenii de știință LIGO nu au găsit nicio dovadă a unui astfel de efect, justificându-l încă o dată pe Einstein.

Acum, cu trei fuziuni de găuri negre sub centură, oamenii de știință așteaptă cu nerăbdare un viitor în care detectările undelor gravitaționale devin obișnuite. Cu cât oamenii de știință detectează mai multe unde gravitaționale, cu atât își pot testa mai bine teoriile. „Există deja surprize care îi fac pe oameni să se oprească și să revizuiască unele idei vechi”, spune Will. „Pentru mine este foarte interesant.”