2017 m. Gravitacinė banga nuskambėjo per Žemę kaip aiškus varpo tonas. Jis ištempė ir išsklaidė kiekvieną planetos žmogų, skruzdėlyną ir mokslinį instrumentą, eidamas pro mūsų kosmoso regioną. Dabar tyrėjai grįžo ir tyrė tą bangą ir rado joje paslėptus duomenis - duomenis, kurie padeda patvirtinti dešimtmečius seną astrofizikos idėją.
Ta 2017-ųjų banga buvo didelis dalykas: pirmą kartą astronomai turėjo įrankį, galintį aptikti ir užfiksuoti ją praeinant, žinomą kaip Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorija (LIGO). Ši pirmoji banga buvo dviejų juodųjų skylių, sudužusių kartu toli kosmose, rezultatas. Ir dabar astrofizikų komanda dar kartą pažvelgė į įrašą ir rado tai, ko, kitų manymu, prireiks dešimtmečiams: tikslus „be plaukų teoremos“ patvirtinimas. Šis esminis juodųjų skylių teorijos aspektas atsirado bent jau aštuntajame dešimtmetyje - teorema, kuria Steponas Hawkingas garsiai suabejojo.
Kai fizikai sako, kad juodosios skylės neturi „plaukų“, sakė MIT fizikas ir pagrindinis autorius Maksimiliano Isi, jie reiškia, kad astrofiziniai objektai yra labai paprasti. Juodosios skylės viena nuo kitos skiriasi tik trimis būdais: sukimosi greičiu, mase ir elektros krūviu. O realiame pasaulyje juodosios skylės tikriausiai labai nesiskiria nuo elektros krūvio, todėl jos iš tikrųjų skiriasi tik masės ir sukimosi atžvilgiu. Fizikai šiuos plikus objektus vadina „Kerro juodosiomis skylėmis“.
Dėl plaukų slinkimo juodosios skylės labai skiriasi nuo visų kitų visatos objektų, „Isi“ pasakojo „Live Science“. Pavyzdžiui, kai suskamba tikras varpas, jis skleidžia garso bangas ir kai kurias neaptinkamas, neįtikėtinai silpnas gravitacines bangas. Bet tai daug sudėtingesnis objektas. Varpas pagamintas, pavyzdžiui, iš medžiagos (galbūt bronzos arba ketaus), o pagal modelį be plaukų, juodosios skylės yra vienodos. Kiekvienas varpas taip pat turi šiek tiek unikalią formą, tuo tarpu juodosios skylės yra begaliniai, be matmenų taškai erdvėje, apsupti sferinių įvykių horizonto. Visas šias varpo savybes galima aptikti skambant varpui - bent jau jei žinote ką nors apie varpelius ir garso bangas. Jei galėtumėte kažkaip pajusti varpo gravitacines bangas, pastebėtumėte tuos varpo sudėties ir formos skirtumus ir juose, sakė Isi.
„Viso šio verslo paslaptis yra ta, kad bangos forma - šio tempimo ir suspaudimo schema - užkoduoja informaciją apie šaltinį, dalyką, kuris padarė šią gravitacinę bangą“, - pasakojo jis „Live Science“.
„Isi“ sakė astronomai, tyrinėjantys 2017-ųjų bangą, daug sužinoję apie juodųjų skylių susidūrimą.
Bet įrašas buvo silpnas ir nelabai išsamus. LIGO, geriausias gravitacinių bangų detektorius pasaulyje, Vašingtono valstijoje matuodavo atstumą tarp veidrodžių, išdėstytų 2,5 mylios (4 kilometrai) L raidės pavidalu. („Mergelė“, panašus detektorius, taip pat pakėlė bangą Italijoje.) Bangai sukantis per LIGO, ji sukosi pats erdvės laikas ir kada nors taip šiek tiek pakeitė tą atstumą. Tačiau Isi sakė, kad tos gravitacinės bangos detalės nebuvo pakankamai intensyvios, kad detektoriai galėtų juos užfiksuoti.
„Bet panašu, kad klausome iš labai toli“, - sakė Isi.
Tuo metu ta banga suteikė daug informacijos. Juodoji skylė elgėsi taip, kaip tikėtasi. Nebuvo akivaizdžių įrodymų, kad joje trūko įvykių horizonto (regionas, iš kurio negali patekti šviesa) ir jis dramatiškai nenukrypo nuo teoremos „be plaukų“, teigė Isi.
Tačiau tyrėjai negalėjo būti labai tikri dėl daugelio tų punktų, ypač apie plaukų be plaukų teoremą. Pasak Isi, paprasčiausia ištirti bangos formos dalis atsirado po to, kai dvi juodosios skylės susiliejo į vieną didesnę juodąją skylę. Jis kurį laiką skambėjo, panašiai kaip skambantis varpas, savo perteklinę energiją į kosmosą siuntdamas kaip gravitacines bangas - tai, ką astrofizikai vadina „suskambėjimo“ procesu.
Tuo metu LIGO duomenis tyrę tyrėjai pastebėjo tik vieną bangos formą. Tyrėjai manė, kad prireiks dešimtmečių, kad sukurtų pakankamai jautrius instrumentus, kad būtų galima pasirinkti tylesnius viršutinius tonus. Bet vienas iš „Isi“ kolegų, Kalifornijos technologijos instituto fizikas Mattas Giesleris, suprato, kad iškart po susidūrimo buvo trumpas laikotarpis, kai avarija buvo pakankamai intensyvi, kad LIGO užfiksavo daugiau detalių nei įprasta. Tomis akimirkomis banga buvo pakankamai garsi, kad LIGO pakėlė viršgarsinį garsą - antrą bangą kitokiu dažniu, labai panašų į silpnus antrinius užrašus, kurie atliekami skambančio varpo garsu.
Muzikos priemonėse viršgarsiai neša didžiąją dalį informacijos, kuri suteikia instrumentams jų skiriamąjį garsą. Jis sakė, kad tas pats pasakytina apie gravitacinės bangos paviršinius tonus. Ir šis naujai atidengtas viršutinis akmuo labai patikslino duomenis apie skambančią juodąją skylę, sakė Isi.
Pasak jo, tai parodė, kad juodoji skylė buvo bent jau labai arti Kerro juodosios skylės. Teorema be plaukų gali būti panaudota numatyti, kaip atrodys pervertimas; Isi ir jo komanda parodė, kad pervertimas beveik atitiko šią prognozę. Tačiau užrašymas apie virsmą nebuvo labai aiškus, todėl vis tiek gali būti, kad tonas šiek tiek skyrėsi - apie 10% - nuo to, ką prognozuotų teorema ...
Pasak jo, norėdami pasiekti didesnį tikslumo lygį, turėsite ištraukti aiškesnį atspalvį iš juodosios skylės bangos formos arba pastatyti jautresnį instrumentą nei LIGO.
„Fizika reiškia artėjimąsi arčiau“, - teigė Isi. "Bet niekada negali būti tikras."
Net gali būti, kad signalas iš virsmo signalo nėra tikras, o atsirado atsitiktinai dėl atsitiktinių duomenų svyravimų. Jie pranešė apie „3,6σ pasitikėjimą“ viršvalandžio egzistavimu. Tai reiškia, kad yra tik viena iš 6,300 tikimybės, kad pervertimas nėra tikras signalas iš juodosios skylės.
Tobulėjant instrumentams ir nustatant daugiau gravitacinių bangų, visi šie skaičiai turėtų tapti labiau tikri ir tikslesni, sakė Isi. „LIGO“ jau vykdė atnaujinimus, dėl kurių juodųjų skylių aptikimas tapo gana įprastas. Anot „Physics World“, kitas atnaujinimas, planuojamas 2020 m. Viduryje, turėtų padidinti jo jautrumą dešimteriopai. Kai 2030-ųjų viduryje bus paleista kosminė lazerio interferometro kosminė antena (LISA), astronomai turėtų sugebėti patvirtinti, kad juodųjų skylių plaukai yra visiškai neapibrėžti.
Tačiau, pasak Isi, visada gali būti, kad juodosios skylės nėra visiškai plikos - jos gali turėti kiekybinį persikų pūtimą, kuris yra per švelnus ir trumpas, kad mūsų instrumentai galėtų pasiimti.
