V roku 2017 zaznela na Zemi gravitačná vlna ako jasný tón zvončeka. Napínal a kvílil každého človeka, mravca a vedecký nástroj na planéte, keď prechádzal cez našu oblasť vesmíru. Vedci sa teraz vrátili a študovali túto vlnu a našli v nej skryté údaje - údaje, ktoré pomáhajú potvrdiť desaťročný astrofyzikálny nápad.
Táto vlna v roku 2017 bola veľká: Astronómovia mali po prvýkrát nástroj, ktorý ich mohol zachytiť a zaznamenať, keď prešiel, známy ako Gravitačné vlnové observatórium s laserovým interferónom (LIGO). Táto prvá vlna bola, ako zistili, výsledkom dvoch čiernych dier, ktoré narazili do vesmíru. A teraz sa tím astrofyzikov opäť pozrel na nahrávku a zistil, že by si niekto iný myslel, že odhalenie by vyžadovalo desaťročia: presné potvrdenie „teórie bez vlasov“. Tento základný aspekt teórie čiernych dier sa datuje najmenej do 70. rokov - vetu, o ktorej Stephen Hawking skvele pochyboval.
Keď fyzici tvrdia, že čierne diery nemajú „vlasy“, povedal Maximiliano Isi, fyzik na MIT a hlavný autor článku, znamená to, že astrofyzikálne objekty sú veľmi jednoduché. Čierne diery sa od seba líšia iba tromi spôsobmi: rýchlosť rotácie, hmotnosť a elektrický náboj. A v skutočnom svete sa čierne diery pravdepodobne veľmi nelíšia v elektrickom náboji, takže sa skutočne líšia iba hmotou a spinom. Fyzici nazývajú tieto plešaté objekty „Kerrovo čierne diery“.
Táto bezsrstosť robí čierne diery veľmi odlišnými od takmer každého iného objektu vo vesmíre, informovala Isi Live Science. Keď napríklad zazvoní skutočný zvon, vydáva zvukové vlny a niektoré nezistiteľné, neuveriteľne slabé gravitačné vlny. Ale je to oveľa komplikovanejší objekt. Zvonček je vyrobený napríklad z materiálu (možno z bronzu alebo liatiny), zatiaľ čo podľa modelu bez vlasov sú všetky čierne diery jednotnými singularitami. Každý zvon má tiež trochu jedinečný tvar, zatiaľ čo čierne diery sú nekonečne veľké, bezrozmerné body v priestore obklopené sférickými horizontmi udalostí. Všetky tieto vlastnosti zvonku je možné zistiť vo zvuku, ktorý zvonček vytvára - aspoň ak viete niečo o zvončekoch a zvukových vlnách. Ak by ste mohli nejako cítiť gravitačnú vlnu zvonu, odhalili by ste tie rozdiely v zložení zvonku aj v jeho tvare, povedala Isi.
„Tajomstvo pre celé toto podnikanie je, že tvar vlny - vzor tohto napínania a stláčania - kóduje informácie o zdroji, o veci, ktorá túto gravitačnú vlnu urobila,“ povedal pre Live Science.
Astronómovia študujúci vlnu 2017 sa dozvedeli veľa o kolízii s čiernymi dierami, ktorá ju spôsobila, uviedla Isi.
Nahrávka však bola slabá a málo podrobná. LIGO, najlepší detektor gravitačnej vlny na svete, použil laser na meranie vzdialeností medzi zrkadlami usporiadanými od seba vo vzdialenosti 2,5 km (4 km) v tvare L vo Washingtone. (Panna, podobný detektor, tiež zdvihla vlnu v Taliansku.) Keď sa vlna vlnila nad LIGO, deformovala sa sama o sebe časopriestor a vždy túto vzdialenosť mierne zmenila. Podrobnosti tejto gravitačnej vlny však neboli dostatočne intenzívne na to, aby mohli detektory zaznamenať, uviedla Isi.
„Ale je to, akoby sme počúvali z veľkej diaľky,“ povedala Isi.
V tej dobe táto vlna ponúkla veľa informácií. Čierna diera sa správala podľa očakávania. Neexistoval žiadny zrejmý dôkaz o tom, že mu chýba horizont udalostí (región, za ktorým nemôže uniknúť žiadne svetlo) a že sa dramaticky neodchyľuje od teórie bez vlasov, uviedla Isi.
Vedci si však nemohli byť istí mnohými z týchto bodov, najmä teorémom bez vlasov. Najjednoduchšia časť priebehu vlny, ktorú študovala Isi, prišla po zlúčení dvoch čiernych dier do jednej väčšej čiernej diery. Chvíľu zvonil, podobne ako zasiahnutý zvon, vysiela svoju nadbytočnú energiu do vesmíru ako gravitačné vlny - čo astrofyzici nazývajú procesom „zvonenia“.
Vedci, ktorí sa pozerali na údaje LIGO, v tom čase videli iba jeden priebeh. Vedci sa domnievali, že bude trvať desaťročia, kým sa vyvinú nástroje, ktoré sú dostatočne citlivé na to, aby zachytili akékoľvek tichšie podtóny pri zvonení. Jeden z Isiiných kolegov, Matt Giesler, fyzik z kalifornského technologického inštitútu, však prišiel na to, že krátko po zrážke bolo krátke obdobie, v ktorom bolo potlačenie dostatočne intenzívne, aby LIGO zaznamenalo viac detailov ako obvykle. A v tých chvíľach bola vlna dosť hlasná, aby LIGO zachytil podtón - druhú vlnu s odlišnou frekvenciou, podobne ako slabé sekundárne tóny, ktoré sa prenášajú vo zvuku zasiahnutého zvonku.
V hudobných nástrojoch obsahujú podtóny väčšinu informácií, ktoré dodávajú nástrojom ich charakteristické zvuky. To isté platí o podtextoch gravitačnej vlny, uviedol. A toto novo odkryté podtón značne objasnilo údaje o zvoniacej čiernej diere, povedala Isi.
Ukázalo sa, že čierna diera bola aspoň veľmi blízko Kerrovej čiernej diere. Vetu bez vlasov možno použiť na predpovedanie toho, ako bude vyzerať tento podtón; Isi a jeho tím ukázali, že tento podtón skoro zodpovedal tejto predpovedi. Nahrávanie podtónu však nebolo veľmi jasné, takže je stále možné, že tón sa trochu líšil - asi o 10% - od toho, čo by predpokladala veta…
Aby ste sa dostali nad túto úroveň presnosti, povedal, že by ste mali získať jasnejší podtón z tvaru vlny kolízie alebo vytvoriť citlivejší nástroj ako LIGO.
„Fyzika je o zbližovaní sa,“ povedala Isi. „Ale nikdy si nemôžeš byť istý.“
Je dokonca možné, že signál z podtónu nie je skutočný, ale vyskytuje sa len náhodou v dôsledku náhodných výkyvov údajov. Uviedli „dôveru 3,6σ“ v existenciu podtónu. To znamená, že existuje asi 1 300 000 šancí, že podtón nie je skutočným signálom z čiernej diery.
S vylepšovaním nástrojov a zisťovaním gravitačných vĺn by všetky tieto čísla mali byť sebaistejšie a presnejšie, uviedol Isi. LIGO už prešlo modernizáciou, ktorá odhalila kolízie čiernych dier pomerne rutinne. Ďalší upgrade, ktorý sa plánuje na polovicu roku 2020, by mal podľa organizácie Physics World zvýšiť svoju citlivosť desaťnásobne. Keď sa vesmírna laserová interferometrická vesmírna anténa (LISA) začne v polovici 30. rokov 20. storočia, mali by byť astronómovia schopní potvrdiť dnes bezsrstosť čiernych dier na stupeň, ktorý je dnes nemožný.
Isi však povedala, že je vždy možné, že čierne diery nie sú úplne plešaté - môžu mať nejaký kvantový broskyňový chmeľ, ktorý je jednoduchý a mäkký a krátky na to, aby sa naše nástroje mohli vyzdvihnúť.
