Давне 2017. године гравитациони талас је зазвонио широм Земље попут бистрог тона звона. Испружио је и укротио сваку особу, мрав и научни инструмент на планети док је пролазио кроз наше свемирско подручје. Сада, истраживачи су се вратили и проучили тај талас, и пронашли су у њему скривене податке - податке који помажу у потврђивању деценије старе идеје о астрофизикама.
Тај талас 2017. био је велика ствар: Први пут су астрономи имали алат који је могао да га детектује и забележи док је пролазио, познат као Ласер интерферометар гравитационо-таласна опсерваторија (ЛИГО). Тај први талас је био резултат, откриле су, две црне рупе које су се срушиле заједно далеко у свемиру. А сада, тим астрофизичара још једном је погледао снимке и открио нешто што би другима требало да открије десетак година: прецизну потврду „теореме о не-коси“. Овај суштински аспект теорије црне рупе датира бар од 1970-их - теорема у коју је Степхен Хавкинг чувено сумњао.
Када физичари кажу да црне рупе немају „длаку“, рекао је Максимилијано Иси, физичар МИТ-а и водећи аутор рада, они значе да су астрофизички објекти веома једноставни. Црне рупе се међусобно разликују на три начина: брзина центрифуге, маса и електрични набој. А у стварном се свету црне рупе вероватно не разликују много у електричном набоју, па се заиста разликују само у погледу масе и центрифуге. Физичари називају ове ћелаве предмете "Керр црним рупама".
Ова без длака чини црне рупе врло различитима од било којег другог предмета у свемиру, рекао је Иси за Ливе Сциенце. На пример, када право звоно зазвони, емитује звучне таласе и неке неодређене, невероватно гравитационе таласе. Али то је много сложенији предмет. Звоно је направљено од материјала, на пример (бронза можда или ливено гвожђе), док су према моделу без длаке, црне рупе све јединствене јединствености. Свако звоно такође има помало јединствен облик, док су црне рупе бесконачно мале, бездимензионалне тачке у простору окружене сферним хоризонтима догађаја. Све те карактеристике звона могу се препознати по звуку који звоно ствара - бар ако знате нешто о звонима и звучним таласима. Ако бисте некако могли да осетите гравитационе таласе звона, открили бисте и те разлике у саставу и облику звона у њима, рекао је Иси.
"Тајна целог овог посла је да таласни облик - образац овог истезања и стискања - кодира информације о извору, ствари која је направила овај гравитациони талас", рекао је за Ливе Сциенце.
А астрономи који су проучавали талас 2017. научили су много о судару црне рупе који га је изазвао, рекао је Иси.
Али снимак је био слаб, и не баш детаљан. ЛИГО, најбољи гравитациони детектор таласа на свету, користио је ласер за мерење растојања између огледала распоређених 2,5 миље (4 километра), у Л-обрасцу у држави Васхингтон. (Девица, сличан детектор, такође је покупио талас у Италији.) Како се талас ваљао над ЛИГО-ом, он је сам искривио простор-време и тако мало променио ту удаљеност. Али детаљи тог гравитационог таласа нису били довољно интензивни да би детектори могли да снимају, рекао је Иси.
"Али то је као да слушамо од далека", рече Иси.
У то време тај талас је пружио пуно информација. Црна рупа се понашала очекивано. Није било очигледних доказа да му недостаје хоризонт догађаја (регија преко које ниједна светлост не може побјећи) и да драматично није одступио од теореме о не-коси, каже Иси.
Али, истраживачи нису могли бити сигурни у многе од ових тачака, нарочито теорема о не-коси. Најједноставнији део таласног облика за проучавање, рекао је Иси, догодио се након што су се две црне рупе спојиле у једну већу црну рупу. Неко је време звонило, подсећајући на ударљено звоно, шаљући своју сувишну енергију у свемир као гравитациони таласи - што астрофизичари називају процесом „обрушавања“.
У то време, истраживачи који су гледали ЛИГО податке приметили су само један таласни облик у обручавању. Истраживачи су мислили да ће требати деценијама да се развију довољно осетљиви инструменти да би се покупио било који мирнији превид у тону. Али један од Исиевих колега, Матт Гиеслер, физичар на Калифорнијском технолошком институту, открио је да је након судара дошло до кратког периода где је застој био довољно интензиван да је ЛИГО забележио више детаља него иначе. И у тим тренуцима талас је био довољно гласан да ЛИГО покупи превисок тон - други талас другачијом фреквенцијом, врло налик слабим секундарним нотама које се носе у звуку удараног звона.
У музичким инструментима, овертонес носи већину информација које дају инструментима њихов карактеристичан звук. Исто је и са претензијама гравитационог таласа, рекао је. А овај новооткривени превидно је разјаснио податке о црној рупи која звони, рекао је Иси.
Показало је, рекао је, да је црна рупа барем врло близу Керровој црној рупи. Теорема о не-коси може се користити за предвиђање како ће изгледати овертон; Иси и његов тим показали су да је претензија прилично одговарала тој прогнози. Међутим, снимање овертона није било баш јасно, па је и даље могуће да је тон био нешто другачији - за отприлике 10% - од онога што би теорема предвидјела ...
Да бисте превазишли тај ниво прецизности, рекао је, требало би да извучете јаснији превид у таласни облик судара у црну рупу или направите осетљивији инструмент од ЛИГО-а, рекао је Иси.
"Физика се приближава и приближава", рекла је Иси. "Али никад не можеш бити сигуран."
Могуће је чак и да сигнал из превирања није реалан, већ се догодио случајно због случајних флуктуација података. Извештавали су о „поуздању 3.6“ у постојање претензија. То значи да постоји отприлике 1-ин-6,300 шанса да претпоставка није прави сигнал из црне рупе.
Како се инструменти побољшавају и откривају се гравитациони таласи, сви ови бројеви требали би постати сигурнији и прецизнији, рекао је Иси. ЛИГО је већ прошао кроз надоградње због којих је откривање судара у црној рупи прилично рутинско. Још једна надоградња, планирана средином 2020. године, требало би да десетоструко повећа њену осетљивост, према Пхисицс Ворлд. Једном када је свемирска антена са свемирским интерферометром (ЛИСА) лансирана средином 2030-их, астрономи би требали бити у стању да потврде длакавост црних рупа до степена сигурности данас немогућих.
Међутим, рекао је Иси, увек је могуће да црне рупе нису сасвим ћелаве - они могу имати квантну фуксу брескве која је једноставно превише мека и кратка да би је наши инструменти покупили.
