Научници су искористили најгласнији сигнал гравитационих таласа икада забележен како би више од 100 година стару теорију гравитације Алберта Ајнштајна ставили на најтежи тест до сада – и још једном је прошао.
Сигнал, назван ГВ250114, дошао је од спајања два црне рупе — сваки око 30 пута већи од масе Сунца — око 1,3 милијарде светлосних година од Земље. Догађај је изазвао таласе кроз простор-време, зване гравитациони таласи, који су запљуснули Земљу 14. јануара 2025. године, а детектовала их је опсерваторија гравитационих таласа са ласерским интерферометром (ЛИГО) са седиштем у САД.
Међутим, овај нови сигнал је забележен са отприлике три пута већом јасноћом од тог револуционарног открића из 2015. године, што је омогућило научницима да тестирају Ајнштајнову теорију општег релативности ригорозније него икада раније.
„Очигледно је то био најгласнији догађај“, Кеефе Митманпостдокторски истраживач у Цорнелл центру за астрофизику и планетарне науке и коаутор новог рада, рекао је за Ливе Сциенце. „Овај један догађај пружио је више информација од свега што смо раније видели у вези са одређеним тестовима опште релативности.“
Изузетна јасноћа сигнала произилази из деценије сталне надоградње детектора, рекао је Митман. Та побољшања су смањила буку из извора који су некада ометали космичке сигнале, укључујући сеизмичке вибрације, па чак и камионе у пролазу. Као резултат тога, детектори су били довољно осетљиви на мала изобличења у простор-времену – промене 700 трилиона пута мање од ширине људске косе – узроковане недавно откривеним спајањем црних рупа.
Налази су детаљни у студији објављеној 29. јануара у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс.
„прстен“ црне рупе
Пошто је недавно откривени сигнал био тако јасан, Митман и његове колеге су могли да зумирају пролазну фазу након спајања познатог као „рингдовн“. Током ове фазе, новоформирана црна рупа накратко вибрира – слично као ударено звоно – емитујући гравитационе таласе у различитим обрасцима, или „тоновима“, који кодирају кључна својства црне рупе, укључујући њену масу и спин.
У ГВ250114, истраживачи су открили два примарна тона предвиђена за такво спајање. Сваки тон је дао независно мерење масе и спина црне рупе – и оба су се поклапала, ефективно потврђујући општа релативностизвестио је тим у студији.
По први пут, научници су такође самоуверено идентификовали суптилнији, краткотрајнији „призвук“ који се појављује одмах на почетку звоњења — још једна карактеристика коју је дуго предвиђала општа теорија релативности.
„Овај догађај је учинио веома, веома очигледним да је, заиста, ово предвиђање опште релативности било присутно у сигналу, што је било заиста узбудљиво“, рекао је Митман за Ливе Сциенце.
Да се мерења нису слагала, додао је у а изјава„имали бисмо много посла као физичари да покушамо да објаснимо шта се дешава и шта би била права теорија гравитације у нашем универзуму.“
Раније анализе истог догађаја, објављено у септембру 2025потврдио је још једно велико предвиђање укорењено у општој релативности које је Стивен Хокинг предложио пре више од 50 година. Хокинг је предвидео да је површина црне рупе – величина њене хоризонт догађаја — никада се не могу смањити, иако огромне количине енергије излазе током спајања као гравитациони таласи.
У ГВ250114, научници су проценили да су две оригиналне црне рупе имале укупну површину од око 93.000 квадратних миља (240.000 квадратних километара) – отприлике величине Орегона. Након спајања, настала црна рупа је имала површину од око 400.000 квадратних километара – ближе величини Калифорније – што је у складу са Хокинговим предвиђањем.
Златно доба
Упркос опетованом успеху опште релативности у описивању космичких феномена великих размера, физичари сумњају да је теорија не може бити потпун опис гравитације у нашем универзуму. На пример, не може да објасни тамну материју или тамну енергију, који су потребни да држе галаксије и њихова јата заједно и да објасне убрзано ширење универзума, респективно. Нити се чисто помири са квантна механикаоквир који управља природом у најмањим размерама.
Научници се надају да би гравитациони таласи од енергетских спајања црних рупа једног дана могли показати суптилна одступања од Ајнштајнових предвиђања, што би потенцијално могло открити нову физику.
Фаза рингдовн-а је посебно обећавајућа за такве тестове, рекао је Митман. Многе теорије „изван Ајнштајна“ предвиђају мало другачије обрасце вибрација током фазе рингдовн-а – тако да мерење више од једног тона, као што је његов тим урадио са ГВ250114, може помоћи научницима да поставе ограничења на сва могућа одступања од опште теорије релативности.
Ако би се открило неслагање, истраживачи би могли да упореде податке са предвиђањима из алтернативних теорија гравитације како би утврдили која, ако постоји, одговара стварности.
„Мора постојати неки начин да се реши овај парадокс како би наша теорија гравитације била у складу са нашом теоријом квантне механике“, рекао је Митман у саопштењу.
Детектори следеће генерације, укључујући предложени Ајнштајн телескоп у Европи и Цосмиц Екплорер са седиштем у САД, биће 10 пута осетљивији од тренутних објеката. Поред откривања више догађаја као што је ГВ250114, ови детектори ће моћи да посматрају гравитационе таласе ниже фреквенције, који одговарају масивнијим црним рупама, чиме ће научници моћи да истражују потпуно нове класе ових космичких бехемота.
Истраживачи такође гледају унапред на Европску свемирску антену за ласерски интерферометар (ЛИСА), за коју се очекује да посматра гравитационе таласе из супермасивних црних рупа у центрима галаксија. Планирано за лансирање 2035. Очекује се да ће ЛИСА открити поплаву догађаја и могао би открити десетине различитих тонова у оквиру једног догађаја спајања црне рупе, рекао је Митман.
„Живимо у режиму у којем немамо довољно података, и ми само вртимо палчеве чекајући да нам стигне још података“, рекао је Митман. „Када ЛИСА буде на мрежи, бићемо преплављени.“
Ако се финансирање науке о гравитационим таласима настави, додао је, „видећемо све више и више ових златних догађаја и заиста почети да учимо дивне ствари о природи гравитације у нашем универзуму“.
Извор: Абац, АГ, Абоуелфеттоух, И., Ацернесе, Ф., Ацклеи, К., Адамцевицз, Ц., Адхицари, С., Адхикари, Д., Адхикари, Н., Адхикари, РКС, Адкинс, ВК, Афроз, С., Агапито, А., Агапито, М., А., Агапито, М., А., А. Н., Аггарвал, С., Агуиар, ОД, Ахренд, И., Аиелло, Л.,. . . Звеизиг, Ј. (2025). Спектроскопија црне рупе и тестови опште релативности са ГВ250114. Пхисицал Ревиев Леттерс136(4). хттпс://дои.орг/10.1103/6ц61-фм1н
