LIGO detektori "čuli" su spajanje dve crne rupe i potvrdili jednu od najvažnijih teorija Stephena Hawkinga

Više od 50 godina nakon što je Stephen Hawking formulisao jednu od svojih najznačajnijih teorija o crnim rupama, naučnici su konačno dobili čvrst dokaz da je bio u pravu. Revolucionarno otkriće došlo je zahvaljujući detektorima gravitacionih talasa LIGO, koji su 14. januara ove godine "čuli" kako se dve crne rupe spajaju u jednu.

Čudesni "zvuk" kosmoса

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) predstavlja jedan od najsofisticiranijih naučnih instrumenata ikada konstruisanih. Ovaj detektor može da registruje gravitacione talase – ripple efekte u samom tkanju prostor-vremena koje stvaraju najekstremniji događaji u kosmosu, poput kolizija crnih rupa ili neutronskih zvezda.

Slika 1: Kada se crne rupe spajaju, one šalju talase koji se prostiru kroz prostor-vreme i koje detektori poput LIGO-a mogu da "čuju" na Zemlji. Sada, novootkriveni događaj spajanja možda dokazuje da je 50 godina stara teorija Stephena Hawkinga konačno tačna. (Autorka ilustracije: Maggie Chiang za Simons fondaciju)

Kada su se 14. januara dve crne rupe spojile u jednu, LIGO je zabeležio njihov gravitacioni "potpis" - talase koji su putovali kroz svemir brzinom svetlosti i stigli do Zemlje nakon milijardi godina putovanja.

Hawkingova vizija iz 1971. godine

Još 1971. godine, Stephen Hawking je postavio teoriju koja je bila toliko fundamentalna da je postala poznatа kao drugi zakon mehanike crnih rupa. Prema ovoj teoriji, površina "horizonta događaja" crne rupe - te misteriozne granice iz koje ništa, čak ni svetlost, ne može da pobegne - nikada se ne može smanjiti, već samo može da raste.

Ova teorija je imala ogromne implikacije za naše razumevanje crnih rupa, jer je sugerisala da one funkcionišu slično termodinamičkim objektima - sistemi kod kojih entropija (mera nereda) može samo da raste kroz vreme.

Spektakularni dokaz

Najnovije LIGO opservacije pružile su najubedljiviji dokaz Hawking-ove teorije do sada. Pre spajanja, kombinovana površina dve crne rupe iznosila je oko 243.000 kvadratnih kilometara - otprilike veličinu američke državе Oregon.

Međutim, kada su se spojile u jednu crnu rupu, njena površina je iznosila neverovatnih 400.000 kvadratnih kilometara - približno veličinu Kalifornije. Nova crna rupa bila je veća od prostog zbira svojih delova!

Slika 2: Ilustracija koja predstavlja gravitacioni talas GW250114, koji je otkrio dve crne rupe koje se spajaju u jednu još veću. (Autorka ilustracije: Aurore Simonnet (SSU/EdEon)/LVK/URI)

"Iako je to vrlo jednostavna izjava - 'površine mogu samo da rastu' - ona ima ogromne implikacije", objašnjava dr Maximiliano Isi sa Univerziteta Kolumbija, jedan od koautora studije.

"Zvono" u prostor-vremenu

Naučnici su uspeli da izmere ovaj fenomen analizirajući gravitacione talase koje emituju crne rupe tokom spajanja. Slično tome kako veličina i oblik muzičkog instrumenta utiču na zvuk koji proizvodi, veličina i oblik crne rupe utiču na karakteristike gravitacionih talasa.

Posebno zanimljivo je bilo to što su istraživači nazvali "ringdown" - zvuk koji nastaje kada se nova crna rupa "smiri" nakon spajanja, baš kao što zvono odzvanja kada ga udarite.

Slika 3: Simulacija koja prikazuje gravitacioni signal kako se pojačava dok se dve crne rupe kreću ka spajanju. Plavo-bela površina prikazuje dvodimenzionalni presek gravitacionih talasa koji se spiralno šire napolje dok crne rupe kruže jedna oko druge. (Autori ilustracije: Deborah Ferguson, Derek Davis, Rob Coyne (URI) / LIGO / MAYA Collaboration. Simulacija izvršena na NSF superračunaru TACC Frontera)

"Ringdown je ono što se dešava kada se crna rupa poremeti, baš kao što zvono zvoni kada ga udariš", objašnjava dr Katerina Chatziioannou sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju.

Kvantna priroda crnih rupa

Ova potvrda Hawkingove teorije ima daleko veći značaj od same geometrije crnih rupa. Ona sugeriše da opšta teorija relativnosti Alberta Ajnštajna "zna" nešto o kvantnoj prirodi ovih kosmičkih objekata.

"To nam govori da je informacija ili entropija sadržana u crnoj rupi proporcionalna njenoj površini", dodaje dr Isi. Ovaj uvid otvara potpuno nova pitanja o vezi između gravitacije, kvantne mehanike i informacije - tri fundamentalne oblasti fizike.

Budućnost istraživanja

LIGO kolaboracija kontinuirano poboljšava svoje detektore. Dok su nekada detektovali spajanja crnih rupa jednom mesečno, sada to čine otprilike svaka tri dana. Planira se izgradnja novih detektora, uključujući LIGO-Indiju koja bi trebalo da bude puštena u rad oko 2030. godine.

Predloženi projekti poput Cosmic Explorer-a u SAD-u i Einstein Telescope-a u Evropi imali bi detektore sa "kraková" deset puta duže od trenutnih LIGO observatorija, što bi značajno povećalo njihovu osetljivost.

Nasleđe velikog naučnika

Stephen Hawking, koji je preminuo 2018. godine, nije doživeo da vidi konačnu potvrdu svoje teorije. Međutim, ovo otkriće predstavlja još jedan dokaz njegovog izuzetnog naučnog uvida i sposobnosti da prodre u najdublje tajne kosmosa.

Istraživanje, koje je vodio Adrian G. Abac sa Max Planck instituta za gravitacionu fiziku u Potsdamu, objavljeno je 10. septembra u prestižnom časopisu Physical Review Letters.

Ovaj uspeh LIGO kolaboracije ne samo što čini počast Hawking-ovom nasleđu, već otvara nova vrata za razumevanje najekstremнijih objekata u našem univerzumu - crnih rupa koje nastavljaju da kriju neke od najvećih misterija moderne fizike.

Izvor: Live Science, Physical Review Letters