Kosminis riksmas patvirtina Einšteino teorijas. Mokslininkai aptiko signalą, kokio dar nebuvo

Praėjus dešimčiai metų po istorinio pirmųjų gravitacinių bangų aptikimo, mokslininkams pavyko užfiksuoti tokį aiškų signalą, kad jį galima palyginti su situacija, kai tylus šnabždesys staiga virsta galingu šūksniu. Šis nepaprastas atradimas gali visiems laikams pakeisti mūsų supratimą apie juodąsias skyles ir pagrindinius fizikos dėsnius.

LIGO–Virgo–KAGRA projekto mokslininkai paskelbė aptikę signalą GW250114, kuris pasirodė esąs intensyviausias gravitacinės bangos įvykis per visą stebėjimų istoriją. Signalo ir triukšmo santykis pasiekė 80 – tai absoliutus rekordas, leidęs atlikti itin tikslius Einšteino teorijos patikrinimus.

Rekordinis signalas patvirtino fundamentalius dėsnius. GW250114 kilo susidūrus dviem juodosioms skylėms, kurių kiekviena buvo maždaug 32 kartus masyvesnė už Saulę. Pats susidūrimas nebuvo išskirtinis – panašių reiškinių mokslininkai fiksuoja reguliariai nuo 2015-ųjų. Neįprasta pasirodė stulbinamas signalo aiškumas, leidęs atlikti analizes iki tol neregėtu tikslumu.

Dėl šio neįtikėtino tikslumo tyrėjai pirmą kartą sugebėjo išskirti du skirtingus „tonus“ iš gravitacinių bangų, kurias skleidė naujai susidariusi juodoji skylė. Šie saviti „balsai“ yra esminė teorijų, aiškinančių juodųjų skylių prigimtį, dalis.

Atradimas itin simboliškas laiko atžvilgiu – jis įvyko beveik lygiai po dešimties metų nuo pirmojo gravitacinių bangų stebėjimo 2015 m. rugsėjo 14 d. Per šį laiką technologinė pažanga leido tris kartus padidinti matavimo prietaisų jautrumą.

Svarbiausiu pasiekimu tapo Stepheno Hawkingo 1971 m. prognozės patvirtinimas. Pagal jo teoriją, jungiantis juodosioms skylėms, bendras įvykių horizonto plotas gali tik didėti – jis niekada nemažėja.

GW250114 stebėjimų duomenys suteikė tikslius skaičius. Pradinės juodosios skylės turėjo apie 240 tūkst. kvadratinių kilometrų bendrą paviršių – maždaug tiek, kiek užima Didžioji Britanija. Po susidūrimo susiformavo juodoji skylė, kurios paviršiaus plotas siekė apie 400 tūkst. kvadratinių kilometrų – panašiai kaip Švedijos teritorija.

Šis patvirtinimas turi didelę reikšmę šiuolaikinei fizikai. Dar 8-ajame dešimtmetyje Hawkingas kartu su Jacobu Bekensteinu parodė, kad juodosios skylės paviršius yra proporcingas jos entropijai – sistemos netvarkos mastui. Ši sąsaja atvėrė kelią revoliuciniams tyrimams kvantinės gravitacijos srityje.

Antras svarbus pasiekimas buvo Kerro juodųjų skylių prigimties patvirtinimas. 1963 m. Naujosios Zelandijos matematikas Roy’us Kerras sukūrė lygčių rinkinį, elegantiškai apibūdinantį erdvę ir laiką šalia besisukančios juodosios skylės.

Kerro metrika numato įspūdingus efektus, tokius kaip erdvės „vilkimas“ aplink besisukančią juodąją skylę ar šviesos užsilenkimas, sukuriantis daugybinius matomų objektų atvaizdus. Teorija taip pat teigia, kad juodoji skylė ir jos „balsai“ po sutrikdymo yra vienareikšmiškai apibūdinami tik dviem parametrais – mase ir sukimosi greičiu.

Dėl ypatingo GW250114 signalo aiškumo mokslininkai pirmą kartą sugebėjo išskirti šiuos du tonus gravitacinėse bangose ir patvirtinti, kad jie elgiasi būtent taip, kaip numato Kerro teorija. Tai – tvirtas įrodymas, kad gamtoje egzistuojančios juodosios skylės atitinka šį modelį.

Atradimas taip pat parodo didžiulę technologinę pažangą gravitacinių bangų astronomijoje. Tokie instrumentai kaip europinis „Virgo“ ar japonų „KAGRA“, įrengtas po žeme Kamiokos kasykloje, pasiekė anksčiau neregėtą jautrumą.

Tyrimų rezultatai, paskelbti žurnale „Physical Review Letters“, atveria naują etapą itin tiksliems bendrosios reliatyvumo teorijos testams. Po dešimtmečio nuo pirmojo gravitacinių bangų aptikimo mokslininkai jau turi įrankius, leidžiančius tyrinėti pačius ekstremaliausius Visatos reiškinius su precedento neturinčiu tikslumu.

Kas toliau laukia gravitacinių bangų tyrimų? Nors šis atradimas kelia pagrįstą entuziazmą, verta išlaikyti atsargumą. Hawkingo ir Kerro teorijų patvirtinimas – milžiniškas žingsnis, tačiau vis dar lieka daug neišspręstų klausimų apie juodųjų skylių prigimtį. Artimiausiais metais, naudojant dar labiau patobulintus detektorius, tikėtina, bus padaryta naujų, galbūt dar labiau stebinančių atradimų.