Trio de detectoare urmărește undele gravitaționale până la casa lor

Paparazzii undelor gravitaționale au urmărit vecinatatea cosmică a două găuri negre care fuzionează. Oamenii de știință au identificat regiunea de pe cer în care cele două găuri negre s-au topit violent și au generat vârtejuri ale ondulațiilor spațiu-timp, localizându-și terenurile de călcat mai precis decât oricând.

Cercetătorii de la LIGO – Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser avansat – și experimentul său, Advanced Virgo, au observat ondulațiile pe 14 august. Echipa a anunțat descoperirea pe 27 septembrie, la o conferință de presă la o întâlnire a miniștrilor științei G7 la Torino, Italia și într-o lucrare acceptată în Scrisori de revizuire fizică.

Este prima observare a undelor gravitaționale realizată cu trei detectoare: cele două detectoare ale LIGO (în Livingston, La. și Hanford, Wash.) și detectorul lui Virgo de lângă Pisa, Italia. „Rețeaua cu trei detectoare deschide cu adevărat un nou potențial și vom profita la maximum de acest potențial în viitor”, a spus cercetătorul din Virgo Frédérique Marion, de la Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules din Franța.

Trioul de detectoare le-a permis oamenilor de știință să urmărească sursa valurilor până la un loc de pe cer cu o suprafață de doar 60 de grade pătrate. Privită pe cerul nopții, dimensiunea acelei regiuni este de aproximativ 300 de ori mai mare decât cea a lunii pline văzută de pe Pământ. Ondulurile au călătorit pe Pământ de la aproximativ 1,8 miliarde de ani lumină distanță, într-o regiune din apropierea constelației Eridanus, pe cerul sudic.

Povestea continuă după imagine

MAINI LUNGI Detectorul lui Virgo din Italia s-a alăturat celor două detectoare LIGO din SUA în căutarea ondulațiilor gravitaționale. Fecioara este formată din două brațe de 3 kilometri (unul prezentat) prin care lumina laser sare înainte și înapoi pentru a căuta întinderea și strângerea spațiu-timpului. © Cyril FRESILLON/Virgo/CNRS Photothèque

LIGO a detectat anterior trei accidente de găuri negre cu cele două detectoare ale sale; în fiecare caz, oamenii de știință au croit o fâșie de cer din care ar fi putut veni valurile, dar nu au putut discerne un loc de naștere cosmic mai specific. Noile găuri negre descoperite au fost localizate într-o regiune de aproximativ o zecime din dimensiunea celor asociate cu detecțiile anterioare.

Deoarece undele gravitaționale au nevoie de timp pentru a finaliza călătoria peste planetă de la un detector la altul, cei trei detectoare au observat semnalul în momente ușor diferite. Detectorul Livingston de la LIGO a văzut undele mai întâi, urmat de detectorul LIGO Hanford 8 milisecunde mai târziu și de detectorul Virgo încă 6 milisecunde după aceea. Analizând aceste întârzieri și modelele ondulațiilor pe care le-a văzut fiecare detector, oamenii de știință au reușit să deducă din ce direcție provin.

Oamenii de știință au estimat masele găurilor negre care se ciocnesc la aproximativ 31 și 25 de ori masa soarelui. În timpul coliziunii, aproximativ trei mase solare au fost convertite în energie și radiate ca unde gravitaționale, lăsând în urmă o gaură neagră de 53 de masă solară.

Detectoarele LIGO și Virgo au făcut echipă la 1 august (SN Online: 8/1/17), când Fecioara a început să preia oficial date pentru prima dată în forma sa actuală, actualizată. Încarnările anterioare atât ale LIGO, cât și ale Fecioarei au rulat ani de zile fără a detecta o miros de mișcări spațiu-timp. Acum detectoarele sunt în sfârșit suficient de sensibile pentru a detecta micile tremurături. Trio-ul îmbunătățit a funcționat în tandem până pe 25 august, când detectoarele s-au oprit pentru îmbunătățiri ulterioare.

Povestea continuă după grafică

De asemenea, Fecioara a permis oamenilor de știință să testeze mai bine teoria relativității generale a lui Einstein. Deoarece detectorul Fecioarei nu este orientat paralel cu detectoarele LIGO, oamenii de știință ar putea studia polarizarea undelor – modelul specific prin care acestea întind și stoarce spațiu-timp – pentru prima dată. „Pe termen lung, este o afacere foarte mare”, spune fizicianul Clifford Will de la Universitatea din Florida din Gainesville, care nu a fost implicat în detectarea. Dacă s-ar găsi tipuri neașteptate de întindere sau strângere, „ar ucide relativitatea generală, chiar așa. Acesta ar fi sfârșitul.” Dar teoria lui Einstein s-a menținut.

Cercetând locurile în care trăiesc perechile de găuri negre le permite astronomilor să caute lumina produsă în coliziune. Deși majoritatea oamenilor de știință se așteaptă să nu fie emisă nicio lumină în praful găurilor negre, unele teorii sugerează altfel. După ce valuri au fost detectate, telescoapele au cercetat locul, dar observațiile au apărut goale.

Cu toate acestea, alte tipuri de ciocniri – între două rămășițe de stele numite stele neutronice – ar putea produce lumină. Prin urmare, noua detecție „este o bună pregătire pentru ceea ce urmează”, spune fizicianul Emanuele Berti de la Universitatea din Mississippi din Oxford, care nu a fost implicat în detecție. Observarea luminii de la o grămadă de stele neutronice ar putea ajuta oamenii de știință să învețe mai multe despre materialul extrem de dens care alcătuiește stelele neutronice. În august, au început să zboare zvonuri că oamenii de știință au detectat un astfel de eveniment (SN Online: 25.08.17). Dacă zvonul este adevărat, spune Berti, cu două detectări într-o lună, „au făcut pași uriași”.