Še v letu 2017 je čez Zemljo zazvonil gravitacijski val kot jasen zvonec. Ko se je prebil skozi našo vesoljsko območje, je raztezal in razbil vsako osebo, mravljo in znanstveni instrument na planetu. Zdaj so se raziskovalci vrnili nazaj in preučili ta val in v njem našli skrite podatke - podatke, ki pomagajo potrditi desetletje staro idejo o astrofiziki.
Tisti val leta 2017 je bil velik posel: astronomi so prvič imeli orodje, s katerim so ga lahko zaznali in zabeležili, ko je minilo, znano kot Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Prvi val je bil posledica, da sta se dve črni luknji zrušili daleč v vesolju. Zdaj je ekipa astrofizikov še enkrat pogledala posnetek in ugotovila, da bodo drugi razkrili nekaj desetletij: natančna potrditev "teorema o brez dlake." Ta bistveni vidik teorije o črni luknji sega vsaj v sedemdeseta leta 20. stoletja - izrek, o katerem je Stephen Hawking zelo dvomil.
Ko fiziki pravijo, da črne luknje nimajo "las", je dejal Maximiliano Isi, fizik na MIT in glavni avtor prispevka, pomenijo, da so astrofizični predmeti zelo preprosti. Črne luknje se med seboj razlikujejo le na tri načine: hitrost vrtenja, masa in električni naboj. In v resničnem svetu se črne luknje verjetno ne razlikujejo veliko v električnem naboju, zato se resnično razlikujejo le glede na maso in vrtenje. Fiziki imenujejo te plešaste predmete "Kerr črne luknje."
Isi je za brez dlake črne luknje zelo drugačen kot skoraj vsak drugi predmet v vesolju, je Isi povedal Live Science. Ko na primer zazvoni pravi zvonec, oddaja zvočne valove in nekaj neodkritih, neverjetno rahlih gravitacijskih valov. Je pa veliko bolj zapleten predmet. Zvonik je narejen iz materiala, na primer (morda bron ali litega železa), črne luknje pa so po modelu brez las vse enotne posebnosti. Vsak zvon ima tudi nekoliko edinstveno obliko, črne luknje pa so neskončno majhne, brezdimenzionalne točke v prostoru, obdane sferičnimi obzorji dogodkov. Vse tiste značilnosti zvona je mogoče zaznati v zvoku, ki ga oddaja zvonec - vsaj če veste kaj o zvoncih in zvočnih valovih. Če bi nekako zaznali gravitacijske valove zvona, bi zaznali tudi te razlike v sestavi in obliki zvončkov v njih, je dejal Isi.
"Skrivnost tega celotnega posla je, da valovna oblika - vzorec tega raztezanja in stiskanja - kodira informacije o viru, tistem, zaradi česar je ta gravitacijski val naredil," je povedal za Live Science.
In astronomi, ki so preučevali val leta 2017, so se naučili veliko o trku črne luknje, ki ga je sprožil, je dejal Isi.
Toda snemanja je bilo šibko in ne zelo podrobno. LIGO, najboljši detektor gravitacijskih valov na svetu, je z laserjem meril razdalje med zrcali, razporejenimi 2,5 milje (4 kilometra) narazen v vzorcu L v zvezni državi Washington. (Devica, podoben detektor, je val pobrala tudi v Italiji.) Ko se je val valjal nad LIGO, je sam izkrivljal vesolje in čas in tako malo spreminjal to razdaljo. Toda podrobnosti tega gravitacijskega vala niso bile dovolj intenzivne, da bi jih detektorji snemali, je dejal Isi.
"Ampak to je, kot da poslušamo od daleč," je dejala Isi.
Takrat je ta val ponudil veliko informacij. Črna luknja se je obnašala po pričakovanjih. Isi je dejal, da ni očitnih dokazov, da mu manjka obzorje dogodka (regija, čez katero ne more uiti svetloba) in da dramatično ne odstopa od teoreme o ne-dlaki.
Toda raziskovalci niso mogli biti zelo prepričani o številnih teh točkah, zlasti o teoremih o brez dlake. Najpreprostejši del valovne oblike, ki ga je preučeval, je dejal Isi, potem ko sta se dve črni luknji združili v eno večjo črno luknjo. Nekaj časa je zvonilo, zelo podobno udarnemu zvonu, svojo odvečno energijo je poslal v vesolje kot gravitacijski valovi - kar astrofiziki imenujejo postopek "odstranjevanje".
Takrat so raziskovalci, ki so pogledali podatke LIGO, opazili le eno valovno obliko. Raziskovalci so menili, da bodo potrebovali desetletja, da se razvijejo instrumenti, ki so dovolj občutljivi, da bodo izbrali morebitne tišje odtenke. Toda eden od Isievih kolegov, Matt Giesler, fizik s kalifornijskega tehnološkega inštituta, je ugotovil, da je takoj po trčenju kratko obdobje, kjer je bil odsek dovolj intenziven, da je LIGO zabeležil več podrobnosti kot običajno. In v teh trenutkih je bil val dovolj glasen, da je LIGO dvignil overton - drugi val z drugačno frekvenco, zelo podoben šibkim sekundarnim notam, ki jih nosi zvok udarnega zvona.
V glasbenih inštrumentih preglasni toni prenašajo večino informacij, ki dajejo instrumentom svoje značilne zvoke. Enako velja za odtenke gravitacijskega vala, je dejal. In ta na novo odkrita prevetritev je zelo razjasnila podatke o črni luknji, ki je zvonil, je dejal Isi.
Pokazalo je, da je bila črna luknja vsaj zelo blizu Kerrove črne luknje. Teorem o brez dlake lahko uporabimo za napovedovanje, kako bo izgledal overton; Isi in njegova ekipa so pokazali, da se je previsoko število povsem ujemalo s to napovedjo. Vendar posnetek overtona ni bil zelo jasen, zato je še vedno mogoče, da je bil ton nekoliko drugačen - za približno 10% - od tistega, kar bi teorem napovedoval ...
Če želite preseči to raven natančnosti, bi morali iz čistega vala trka v črno luknjo izvleči jasnejši odtenek ali zgraditi bolj občutljiv instrument kot LIGO, je dejal Isi.
"Fizika se bliža in bliža," je dejala Isi. "Ampak nikoli ne moreš biti prepričan."
Mogoče je tudi, da signal iz overtona ni resničen, ampak se je pojavil naključno zaradi naključnih nihanj podatkov. Poročali so o "3.6σ zaupanju" v obstoj overtona. To pomeni, da obstaja približno 1-in-6,300 verjetnost, da overton ni pravi signal iz črne luknje.
Ko se instrumenti izboljšujejo in odkrijejo več gravitacijskih valov, bi morale vse te številke postati bolj samozavestne in natančne, je dejal Isi. LIGO je že izvedel nadgradnje, zaradi katerih je bilo zaznavanje trkov v črno luknjo precej rutinsko. Po podatkih Physics World naj bi še ena nadgradnja, načrtovana za sredino leta 2020, desetkrat povečala občutljivost. Ko se sredi dvajsetih let začne vesoljska laserska interferometrska vesoljska antena (LISA), bi morali astronomi potrditi, da je brez dlake črnih lukenj do danes gotovo nemogoče.
Vendar je, kot je Isi dejal, vedno mogoče, da črne luknje niso popolnoma plešaste - morda imajo nekaj kvantnih breskev, ki so preprosti, premehki in kratki, da bi jih naši inštrumenti lahko pobrali.
