Πίσω το 2017, ένα βαρυτικό κύμα χτύπησε τη Γη σαν τον καθαρό ήχο ενός κουδουνιού. Τεντώθηκε και σάρωσε κάθε άνθρωπο, μυρμήγκι και επιστημονικό όργανο στον πλανήτη καθώς περνούσε από την περιοχή του χώρου μας. Τώρα, οι ερευνητές επέστρεψαν και μελέτησαν αυτό το κύμα και βρήκαν κρυμμένα δεδομένα σε αυτό - δεδομένα που βοηθούν στην επιβεβαίωση μιας ιδέας αστροφυσικής ηλικίας δεκαετιών.
Αυτό το κύμα του 2017 ήταν ένα μεγάλο πρόβλημα: Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι είχαν ένα εργαλείο που θα μπορούσε να το ανιχνεύσει και να το καταγράψει καθώς περνούσε, γνωστό ως Laser Observometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Αυτό το πρώτο κύμα ήταν το αποτέλεσμα, βρήκαν, από δύο μαύρες τρύπες που συντρίβονταν μακρινά στο διάστημα. Και τώρα, μια ομάδα αστροφυσικών έχει πάρει μια άλλη ματιά στην ηχογράφηση και βρήκε κάτι που άλλοι πιστεύουν ότι θα χρειαστούν δεκαετίες για να αποκαλύψουν: ακριβή επιβεβαίωση του "μη-μαλλιά θεώρημα." Αυτή η βασική πτυχή της θεωρίας της μαύρης τρύπας χρονολογείται τουλάχιστον μέχρι τη δεκαετία του '70 - ένα θεώρημα ότι ο Stephen Hawking αμφέβαλε περίφημα.
Όταν οι φυσικοί λένε ότι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν «μαλλιά», είπε ο Maximiliano Isi, ένας φυσικός στο MIT και ο κύριος συγγραφέας του χαρτιού, σημαίνουν ότι τα αστροφυσικά αντικείμενα είναι πολύ απλά. Οι μαύρες τρύπες διαφέρουν μόνο μεταξύ τους με τρεις τρόπους: ρυθμός περιστροφής, μάζα και ηλεκτρικό φορτίο. Και στον πραγματικό κόσμο, οι μαύρες τρύπες πιθανότατα δεν διαφέρουν πολύ από το ηλεκτρικό φορτίο, έτσι πραγματικά διαφέρουν μόνο όσον αφορά τη μάζα και την περιστροφή. Οι φυσικοί ονομάζουν αυτά τα φαλακρά αντικείμενα "μαύρες τρύπες Kerr".
Αυτό το άτριχο κάνει τις μαύρες τρύπες πολύ διαφορετικές από σχεδόν κάθε άλλο αντικείμενο στο σύμπαν, είπε ο Isi Live Science. Όταν ένα πραγματικό κουδούνι χτυπά, για παράδειγμα, εκπέμπει ηχητικά κύματα και μερικά μη ανιχνεύσιμα, απίστευτα ελαφριά βαρυτικά κύματα. Αλλά είναι ένα πολύ πιο περίπλοκο αντικείμενο. Ένα κουδούνι είναι κατασκευασμένο από ένα υλικό, για παράδειγμα (χάλκινο ίσως, ή χυτοσίδηρο), ενώ σύμφωνα με το μοντέλο χωρίς μαλλιά, οι μαύρες τρύπες είναι όλες ομοιόμορφες ιδιότητες. Κάθε καμπάνα έχει επίσης ένα κάπως μοναδικό σχήμα, ενώ οι μαύρες τρύπες είναι όλα απεριόριστα, αδιάστατα σημεία στο διάστημα που περιβάλλουν σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά ενός κουδουνιού μπορούν να ανιχνευθούν στον ήχο που κάνει ένα κουδούνι - τουλάχιστον αν γνωρίζετε κάτι για καμπάνες και ηχητικά κύματα. Εάν θα μπορούσατε να αισθανθείτε με κάποιο τρόπο τα βαρυτικά κύματα ενός κουδουνιού, θα ανιχνεύσατε αυτές τις διαφορές στη σύνθεση των καμπάνας και στο σχήμα τους, επίσης, είπε ο Ίσι.
"Το μυστικό σε όλη αυτή την επιχείρηση είναι ότι η κυματομορφή - το μοτίβο αυτής της τέντωσης και συμπίεσης - κωδικοποιεί πληροφορίες για την πηγή, το πράγμα που έκανε αυτό το βαρυτικό κύμα", είπε στη Live Science.
Και οι αστρονόμοι που μελετούν το κύμα του 2017 έμαθαν πολλά για τη σύγκρουση μαύρης τρύπας που το δημιούργησε, είπε ο Isi.
Αλλά η ηχογράφηση ήταν αχνή και όχι πολύ λεπτομερής. Ο LIGO, ο καλύτερος ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων στον κόσμο, χρησιμοποίησε ένα λέιζερ για να μετρήσει τις αποστάσεις μεταξύ καθρεπτών διατεταγμένων σε απόσταση 4 χιλιομέτρων μεταξύ τους σε ένα L-μοτίβο στην πολιτεία της Ουάσινγκτον. (Ο Παρθένος, ένας παρόμοιος ανιχνευτής, πήρε επίσης το κύμα στην Ιταλία.) Καθώς το κύμα έσπασε πάνω από το LIGO, έσπασε τον ίδιο τον χωροχρόνο και άλλαξε τόσο ελαφρώς αυτή την απόσταση. Αλλά οι λεπτομέρειες αυτού του κύματος κύματος δεν ήταν αρκετά έντονες για να καταγράψουν οι ανιχνευτές, είπε ο Isi.
"Αλλά είναι σαν να ακούμε από πολύ μακριά", είπε ο Isi.
Εκείνη την εποχή, το κύμα αυτό προσφέρει πολλές πληροφορίες. Η μαύρη τρύπα συμπεριφερόταν όπως αναμενόταν. Δεν υπήρχαν προφανείς αποδείξεις ότι δεν υπήρχε ορίζοντας γεγονότος (η περιοχή πέρα από την οποία δεν μπορεί να διαφύγει φως) και δεν απέκλινε δραματικά από το θεώρημα χωρίς μαλλιά, είπε ο Isi.
Αλλά οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να είναι πολύ σίγουροι για πολλά από αυτά τα σημεία, ιδιαίτερα για το θεώρημα χωρίς μαλλιά. Το πιο απλό μέρος της κυματομορφής για μελέτη, είπε ο Isi, ήρθε όταν οι δύο μαύρες τρύπες συγχωνεύθηκαν σε μία μεγαλύτερη μαύρη τρύπα. Συνέχισε να κουδουνίζει για λίγο, πολύ σαν ένα χτυπημένο κουδούνι, στέλνοντας την υπερβολική ενέργεια στο διάστημα σαν βαρυτικά κύματα - αυτό που οι αστροφυσικοί αποκαλούν τη διαδικασία "ringdown".
Εκείνη την εποχή, οι ερευνητές που εξετάζουν τα δεδομένα του LIGO εντοπίστηκαν μόνο μία κυματομορφή στο δαχτυλίδι. Οι ερευνητές πίστευαν ότι θα χρειαστούν δεκαετίες για την ανάπτυξη μέσων αρκετά ευαίσθητων ώστε να αποκτήσουν οποιεσδήποτε πιο ήσυχες παραλήψεις στο δαχτυλίδι. Αλλά ένας από τους συναδέλφους του Isi, Matt Giesler, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας, διαπίστωσε ότι υπήρχε μια σύντομη περίοδος αμέσως μετά τη σύγκρουση, όπου η κρίση ήταν αρκετά έντονη ώστε η LIGO να καταγράφει περισσότερες λεπτομέρειες απ 'ότι συνήθως. Και εκείνες τις στιγμές το κύμα ήταν αρκετά δυνατό ώστε ο LIGO να πάρει μια απόχρωση - ένα δεύτερο κύμα με διαφορετική συχνότητα, σαν τις αδύναμες δευτερεύουσες νότες που μεταφέρονται με τον ήχο ενός χτυπημένου κουδουνιού.
Στα μουσικά όργανα, οι νότιοι λόγοι φέρουν τις περισσότερες πληροφορίες που δίνουν τα όργανα τους ξεχωριστούς ήχους τους. Το ίδιο ισχύει και για τους τόνους ενός βαρυτικού κύματος, είπε. Και αυτή η πρόσφατα αποκαλυφθείσα υπερτονία διευκρίνισε τα δεδομένα σχετικά με τη μαύρη τρύπα χτυπήματος πολύ, είπε η Isi.
Έδειξε, είπε, ότι η μαύρη τρύπα ήταν τουλάχιστον πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα Kerr. Το θεώρημα χωρίς τρίχες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει ποια θα είναι η εμφάνιση. Ο Ίσι και η ομάδα του έδειξαν ότι η υπερτονία ταιριάζει σχεδόν με αυτήν την πρόβλεψη. Εντούτοις, η καταγραφή του υπερτονισμού δεν ήταν πολύ ξεκάθαρη, οπότε είναι ακόμα πιθανό ότι ο τόνος ήταν κάπως διαφορετικός - κατά περίπου 10% - από αυτό που θα προέβλεπε το θεώρημα ...
Για να ξεπεράσουμε αυτό το επίπεδο ακρίβειας, είπε, θα έπρεπε να εξάγετε μια πιο ξεκάθαρη έκφραση από την κυματομορφή μιας σύγκρουσης μαύρης τρύπας ή να χτίσετε ένα πιο ευαίσθητο όργανο από το LIGO, είπε ο Isi.
«Η φυσική είναι να πλησιάσουμε και να πλησιάσουμε», είπε ο Isi. "Αλλά δεν μπορείτε ποτέ να είστε σίγουροι."
Είναι ακόμη πιθανό ότι το σήμα από την υπερτονία δεν είναι πραγματικό, αλλά συνέβη απλώς τυχαία λόγω τυχαίων διακυμάνσεων των δεδομένων. Ανέφεραν μια "3.6σ εμπιστοσύνη" στην ύπαρξη του overtone. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα 1-σε-6,300 ότι η απόχρωση δεν είναι ένα πραγματικό σήμα από τη μαύρη τρύπα.
Καθώς τα όργανα βελτιώνονται και εντοπίζονται περισσότερα κύματα βαρύτητας, όλοι αυτοί οι αριθμοί θα πρέπει να γίνουν πιο σίγουροι και ακριβείς, είπε ο Isi. Το LIGO έχει ήδη πραγματοποιήσει αναβαθμίσεις που έχουν καταστήσει αρκετά ρουτίνα την ανίχνευση συγκρούσεων μαύρης τρύπας. Μια άλλη αναβάθμιση, που σχεδιάζεται για τα μέσα του 2020, θα πρέπει να αυξήσει την ευαισθησία της δέκα φορές, σύμφωνα με το Physics World. Μόλις ξεκινήσει η διαστημική κεραία διαστημικής κεραίας (LISA) στα μέσα της δεκαετίας του 2030, οι αστρονόμοι θα πρέπει να είναι σε θέση να επιβεβαιώσουν την αδιαφάνεια των μαύρων οπών σε βαθμούς βεβαιότητας αδύνατο σήμερα.
Ωστόσο, ο Isi είπε ότι είναι πάντα πιθανό οι μαύρες τρύπες να μην είναι τελείως φαλακρές - μπορεί να έχουν κάποιο κβαντικό κούμπωμα ροδάκινου που είναι απλά πολύ μαλακό και σύντομο για να πάρει τα όργανα μας.
