Još 2017. godine gravitacijski val je zazvonio širom Zemlje poput bistrog tona zvona. Ispružio je i ušmrkao svaku osobu, mrav i znanstveni instrument na planeti dok je prolazio kroz naše svemirsko područje. Sada su se istraživači vratili i proučavali taj val te su u njemu pronašli skrivene podatke - podatke koji pomažu u potvrđivanju desetljećima stare astrofizičke ideje.
Taj val 2017. bio je velika stvar: Prvi put su astronomi imali alat koji ga je mogao prepoznati i zabilježiti dok je prolazio, poznat kao Laser Interferometer Gravitacijsko-valna opservatorija (LIGO). Taj prvi val bio je rezultat, kako su otkrili, dvije crne rupe koje su se srušile zajedno daleko u svemiru. A sada je tim astrofizičara još jednom pogledao snimku i otkrio nešto što bi drugima trebalo desetljećima da otkriju: preciznu potvrdu "teoreme bez kose". Ovaj bitni aspekt teorije crne rupe datira barem od 1970-ih - teorema u koju je Stephen Hawking slavno sumnjao.
Kad fizičari kažu da crne rupe nemaju "dlake", rekao je Maximiliano Isi, fizičar na MIT-u i vodeći autor rada, oni znače da su astrofizički objekti vrlo jednostavni. Crne rupe se međusobno razlikuju na tri načina: brzina vrtnje, masa i električni naboj. A u stvarnom se svijetu crne rupe vjerojatno ne razlikuju mnogo u električnom naboju, tako da se stvarno razlikuju samo u pogledu mase i centrifuge. Fizičari ove ćelave predmete nazivaju "Kerr crne rupe".
Ta bez dlaka čini crne rupe vrlo različitima od bilo kojeg drugog predmeta u svemiru, rekao je Isi za Live Science. Na primjer, kada pravo zvono zazvoni, emitira zvučne valove i neke neodređene, nevjerojatno slabe gravitacijske valove. Ali to je mnogo složeniji predmet. Zvono je izrađeno od materijala, na primjer (bronca je možda ili lijevano željezo), dok su prema modelu bez kose crne rupe sve jedinstvene jedinstvenosti. Svako zvono također ima pomalo jedinstven oblik, dok su crne rupe beskonačno male, bezdimenzionalne točke u prostoru okružene sfernim horizontima događaja. Sve one karakteristike zvona mogu se prepoznati po zvuku koji zvono stvara - barem ako znate nešto o zvonima i zvučnim valovima. Kad biste nekako mogli osjetiti gravitacijske valove zvona, otkrili biste i te razlike u sastavu i obliku zvona u njima, rekao je Isi.
"Tajna cijelog ovog posla je da valni oblik - obrazac ovog istezanja i stiskanja - kodira informacije o izvoru, stvari koja je napravila ovaj gravitacijski val", rekao je za Live Science.
A astronomi koji su proučavali val 2017. naučili su mnogo o sudaru crne rupe koji ga je izazvao, rekao je Isi.
Ali snimanje je bilo slabo, i ne baš detaljno. LIGO, najbolji gravitacijski detektor valova na svijetu, upotrijebio je laser za mjerenje udaljenosti između zrcala raspoređenih 2,5 milje (4 kilometra) u obliku slova L u državi Washington. (Djevica, sličan detektor, također je pokupila val u Italiji.) Kako se val valjao nad LIGO-om, on je sam izobličio prostor-vrijeme i tako malo promijenio tu udaljenost. Ali detalji tog gravitacijskog vala nisu dovoljno intenzivni da bi ih detekteri mogli snimati, rekao je Isi.
"Ali to je kao da slušamo od daleka", rekla je Isi.
Tada je taj val ponudio puno informacija. Crna rupa ponašala se kako se i očekivalo. Nije bilo očiglednih dokaza da nedostaje horizont događaja (regija izvan koje nijedna svjetlost ne može pobjeći) i da dramatično ne odstupa od teorema o ne-kosi, rekao je Isi.
Ali istraživači nisu mogli biti baš sigurni u mnoge od tih točaka, posebno teorema o ne-kosi. Najjednostavniji dio valnog oblika za proučavanje, rekao je Isi, dogodio se nakon što su se dvije crne rupe spojile u jednu veću crnu rupu. Neko je vrijeme zvonilo, vrlo poput udarca u zvono, šaljući svoju suvišnu energiju u svemir kao gravitacijski valovi - što astrofizičari nazivaju procesom "odrona".
Tada su istraživači koji su pregledavali podatke LIGO uočili samo jedan valni oblik u zastoju. Istraživači su mislili da će trebati desetljeća da se razviju dovoljno osjetljivi instrumenti da bi se pokupio bilo koji tiši ton koji se pojavljuje u ringdown-u. Ali jedan od Isievih kolega, Matt Giesler, fizičar iz Kalifornijskog tehnološkog instituta, otkrio je da je nakon sudara došlo do kratkog razdoblja u kojem je zastoj bio dovoljno intenzivan da je LIGO zabilježio više detalja nego inače. I u tim je trenucima val bio dovoljno glasan da LIGO pokupi previsok ton - drugi val različitom frekvencijom, vrlo nalik slabim sekundarnim notama koje se nose u zvuku udaranog zvona.
U glazbenim instrumentima, pretjerani tonovi nose većinu informacija koje instrumentima daju karakterističan zvuk. Isto se događa i s pretjeranim tonovima gravitacijskog vala, rekao je. A ovaj novootkriveni previdno je pojasnio podatke o zvonjavoj crnoj rupi, rekao je Isi.
Pokazalo je, rekao je, da je crna rupa barem vrlo blizu Kerrovoj crnoj rupi. Teorem o ne-kosi može se koristiti za predviđanje kako će izgledati overton; Isi i njegov tim pokazali su da se pretpostavka prilično podudara s tim predviđanjima. Međutim, snimanje pretjerivanja nije bilo baš jasno, pa je i dalje moguće da je ton bio nešto drugačiji - za otprilike 10% - od onoga što bi teorem mogao predvidjeti ...
Da biste prešli onu razinu preciznosti, rekao je, morat ćete izdvojiti jasniji pretjerivač iz valnog oblika sudara u crnu rupu ili izgraditi osjetljiviji instrument od LIGO-a, rekao je Isi.
"Fizika se približava i približava", rekla je Isi. "Ali nikad ne možeš biti siguran."
Moguće je i da signal iz pretjerivanja nije realan, već se dogodio slučajnim slučajem zbog slučajnih fluktuacija podataka. Izvijestili su o „3.6σ povjerenju“ u postojanje pretjeranog zvuka. To znači da postoji otprilike 1-in-6,300 šansa da pretjerani ton nije pravi signal iz crne rupe.
Kako se instrumenti poboljšavaju i otkrivaju se gravitacijski valovi, svi bi ti brojevi trebali postati sigurniji i precizniji, rekao je Isi. LIGO je već prošao kroz nadogradnje zbog kojih je otkrivanje sudara u crnim rupama prilično rutinsko. Druga nadogradnja, planirana sredinom 2020. godine, trebala bi desetostruko povećati osjetljivost, prema Physics World. Jednom kada je svemirska antena laserskog interferometra (LISA) lansirana u sredinu 2030-ih, astronomi bi trebali biti u stanju potvrditi bez dlake crne rupe do stupnjeva sigurnosti danas nemoguće.
Međutim, rekao je Isi, uvijek je moguće da crne rupe nisu sasvim ćelave - one mogu imati kvantnu fuksu breskve koja je jednostavno previše meka i kratka da bi je mogli uzeti naši instrumenti.
