Vēlreiz izrādās, ka slavenais teorētiskais fiziķis Stefans Hokings bija pareizs. Ak, un arī Alberts Einšteins.
Zinātnieki no ASV Nacionālā zinātnes fonda lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) atklāja gravitācijas vilni-pulsāciju telpas laikā, ko izraisa ārkārtīgi enerģētiski procesi, piemēram, divu melno caurumu apvienošanās vai divas blīvas neitronu zvaigznes.
Izrādās, ka gravitācijas vilnis notika divu melno caurumu dēļ aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes, ar masu aptuveni 30 reizes vairāk nekā mūsu saulei, saduroties un veidojot vēl vienu melno caurumu, ar apzīmējumu GW250114.
Tas nav neparasts Ligo detektoriviens atrodas Hanfordā, Vašingtonā, otrs Livingstonā, La., Kuri ir atraduši gandrīz 300 no šīm vardarbīgajām mijiedarbībām. Bet šoreiz pētnieki varēja iemācīties daudz vairāk nekā iepriekš.
Prognozes
Šo konkrēto melno caurumu apvienošana radīja to, ko zinātnieki dēvē par “zvana veidošanu”, kas radīja divus dažādus toņus, ļaujot pētniekiem apstiprināt, ka melno caurumu var definēt, izmantojot tikai divas īpašības: masu un griešanos, kaut ko tādu, ko 1963. gadā prognozēja matemātiķis Roy Kerr.
“Viena no paredzētajām īpašībām, kas ir raksturīga tikai melnajam caurumam, ir tā, ka… tāda veida kā, ja jūs trāpītu no skaņošanas dakšas, tas zvana noteiktās frekvencēs, un viņiem būtu īpašas atstarpes,” sacīja Jess McIver, viens no pētījuma līdzautoriem, kurš ir arī asociētais profesors Britu Kolumbijas universitātē.
“Tas ir kā melnā cauruma pirksta nospiedums. Tātad, tā kā tas bija tik skaļš, tik krāšņs, skaļš signāls, mēs varējām tos patiešām sagraut.”
Makss ISI, Kolumbijas universitātes docents, kā arī pētījuma līdzautors, Publicēts žurnālā Fiziskā pārskata vēstulespaskaidroja to tālāk.
“Ir divi individuāli svārstību veidi, divi toņi: pamattonis un virsotne,” viņš teica.
Tā kā toņi sakrita, viņš saka, ka tas pierāda Kerr risinājumu. Ja toņi būtu bijuši atšķirīgi, tas nozīmētu, ka citas īpašības ir vajadzīgas, lai aprakstītu melno caurumu.
Tas izrādījās gan Kerr, gan Einšteinam par viņu prognozēm par melnajiem caurumiem. Einšteina vispārējās relativitātes teorija paredzēja melno caurumu esamību. Un Kerra gadījumā viņa aprēķini ir īpaši vērsti uz melno caurumu vērpšanu.
Hokingas zonas teorēma
Apvienošanās apstiprināja arī Hawking apgabala teorēmu, kurā teikts, ka, apvienojoties divi melnie caurumi, notikuma horizonts – vai apgabals ap melno caurumu, no kura nevar izkļūt gaisma vai starojums – nekad nevar samazināties, tikai palielinās.
Pēc diviem apvienotajiem melnajiem caurumiem zinātnieki varēja izmantot zvanu, lai noteiktu notikuma horizonta galīgo izmēru – uzskatīja arī par melnā cauruma virsmas laukumu. Pirms viņi apvienojās, katra melnā cauruma virsmas platība bija aptuveni 240 000 kvadrātkilometru. Pēc tam jaunā melnā cauruma virsmas platība bija 400 000 kvadrātkilometru, kas izrādījās pareiza.
“Es iedomājos, ka Hokingam gadu desmitiem ilgi ir pētīti melnie caurumi un telpa un laiks kā teorētiskas matemātiskās abstrakcijas. Un, visbeidzot, spējot redzēt šos procesus, kas notiek, jūs zināt, tas ir pārsteidzoši,” sacīja Isi.
“Es domāju, ka tas mani ir pārsteidzoši, un es viņu nevaru iedomāties, jūs zināt, visu savu dzīvi strādājis pie tā. Tāpēc ir žēl, ka mēs to nevarējām izdarīt, kamēr viņš bija dzīvs.”
Tagad, kamēr virsmas laukums palielinājās, melnā cauruma masa faktiski samazinājās, kas ir tas, ko ierosina teorija.
“Pasākuma horizonta apgabals, tas var tikai augt,” sacīja Janna Levina, teorētiskais astrofiziķis un fizikas un astronomijas profesore Kolumbijas universitātes Barnarda koledžā, kurš nebija iesaistīts pētījumā.
“Un, ja es domāju par to kā vienu oriģinālu melno caurumu, kas absorbē citu, tas varēja tikai augt, bet tā masa nav abu masu summa. Tas faktiski ir mazāks. Tas zaudē daļu no šīs E = Mc² enerģijas gravitācijas viļņos.”
Katrs melnais caurums bija aptuveni 33 reizes lielāks par saules masu. Pēc apvienošanās melnajā caurumā bija masa 63 reizes vairāk nekā saules.
Skatīties | Apskatot, kas notika, kad zinātnieki atklāja gravitācijas viļņus:
https://www.youtube.com/watch?v=r24mks_5hww
Tiešām tālu, bet tiešām skaļi
Līdzīga gandrīz identiska melno caurumu apvienošanās analīze – pati pirmā tika atklāta 2015. gadā – tika veikta 2021. gadā. Tomēr tas nesniedza tikpat spēcīgus pierādījumus, ko izdarīja šī jaunā analīze.
ISI paskaidroja, ka tāpēc, ka signāls par šo melno caurumu bija vājāks, zinātnieki joprojām pameta uzminēšanu, bet tas, ka nesenās apvienošanās signāls bija četras reizes spēcīgāks.
“Jūs varat redzēt, ka 2021. gada raksts ir pierādījums, ka kaut kas līdzīgs būtu iespējams, piemēram, principa pierādījums,” viņš teica, piebilstot, ka šī apvienošanās ir “īsta, neapstrīdama” pierādījumi par to.
Greatācijas viļņa 2015. gada atklāšana pētniekiem nopelnīja Nobela prēmiju fizikā 2017. gadā kā daļu no Ligo-Virgo sadarbības. Mūsdienās ir vairāk observatoriju, kas atklāj gravitācijas viļņus, ieskaitot vienu Japānā, kas veido Ligo-Virgo-Kagra sadarbību.
Gan McIver, gan ISI ir satraukti par to, kādi nākotnes uzlabojumi detektoros palīdzēs viņiem atklāt.
McIver saka, ka neatkarīgi no tā, cik reizes zinātnieki “šķēlē un sagrieztu šos datus dažādos veidos”, lai pārbaudītu signālu pret to, ko paredzēja Einšteins, Kerrs un Hokings, atbilde ir, ka viņiem bija taisnība.
“Tā kā detektori turpina uzlaboties, mūsu pārliecība uzlabosies, vai, iespējams, mēs atklāsim kaut ko patiešām interesantu, ko mēs negaidām.”
