Antenele gravitationale LIGO au capturat unde gravitationale emise in urma ciocnirii gaurilor negre indepartate. In urma acestor ciocniri iau nastere gauri negre masive care emit la randul lor unde gravitationale in primele momente dupa ce iau nastere – studiul acestora ne-ar putea ajuta sa descifram misterul care se ascunde in interiorul gaurilor negre.

Primele unde gravitationale emise in urma ciocnirii si contopirii a doua gauri negre indepartate au fost masurate de catre antenele gravitationale LIGO la sfarsitul anului 2015. De atunci au fost masurate circa 30 de astfel de evenimente in care doua gauri negre se contopesc intr-una masiva.

Aceste gauri negre se situeaza la distante enorme fata de noi: mai bine de un miliard de ani lumina! Existenta undelor gravitationale este prevazuta de teoria lui Einstein, a relativitatii generale, cea care uneste intr-o singura teorie masa, energia si structura (geometria) spatiului si a timpului.

Atunci cand cantitati mari de materie – precum o gaura neagra – se misca in mod accelerat acest fenomen induce oscilatii ale spatiului si timpului – unde gravitationale – care se propaga in Univers, asemanator cu undele care se nasc intr-un ocean si care se propaga in toate directiile.

Atunci cand doua gauri negre se rotesc una in jurul celeilalte parte din energie se pierde tocmai prin emisia de unde gravitationale – acest fenomen intr-un final face ca gaurile negre sa se apropie din ce in ce mai mult pana cand se unesc intr-o singura gaura neagra, parte din masa initiala transformandu-se in unde gravitationale.  Sunt tocmai acest unde gravitationale emise in faza imediat anterioara contopirii intr-o unica gaura neagra cele care au fost masurate de LIGO si au entuziasmat nu doar pe cei care lucreaza in LIGO, ci si intreaga comunitate stiintifica si largul public.

Ce se intampla insa dupa contopirea gaurilor negre intiale?

Ia nastere o gaura neagra cu masa mai mare, care cel putin la inceput este deformata – fenomene intense au loc in aceasta faza, in care sunt emise si unde gravitationale pana cand acestea dispar – atunci cand gaura neagra finala s-a „linistit” - adica a ajuns in echilibru.

Aceast faza este denumita faza de „ringdown”, si a fost studiata recent de catre un grup de cercetatori condus de Maximiliano Isi de la Massachussets Institute of Technology, care au publicat un articol in Physical Review Letters in care se descriu detalii legat de aceasta faza de ringdown.

Undele gravitationale emise in faza de ringdown de catre gaurile negre masurate in septembrie 2015 au fost studiate in detaliu, tocmai pentru a se verifica daca acestea corespund cu ceea ce prevede teoria relativitatii generale. Cum in faza finala gaura neagra masiva este caracterizata doar de masa, rotatie si eventuala sarcina electrica, undele emise in faza de ringdown ar putea sa ne dea informatii extrem de utile asupra gaurii negre finale. Corespund acestea cu ceea ce prevede teoria lui Einstein? La ora actuala studiile efectuate dau rezultate care corespund teoriei – insa pe viitor se spera ca vor fi efectuate masuratori din ce in ce mai precise care sa ii ajute pe cercetatori sa studieze misterul gaurilor negre – obiecte despre care la ora actuala stim extrem de putine lucruri. Stim insa ca teoria lui Einstein nu mai este valabila in interiorul acestora – intrucat prevede existenta unei singularitati cu atractie gravitationala infinita – in Natura insa credem ca lucrurile nu stau chiar asa, insa care este teoria corecta la ora actuala este un mister.

Poate tocmai studiul fenomenului de ringdown rezultat in urma formarii unei gauri negre din contopirea altor doua mai mici sa ne ajute sa descoperim semnale ale unei noi teorii – in care, se crede, mecanica cuantica ar putea juca un rol fundamental. Va fi  oare teoria gravitatiei cuantice cea care explica interiorul unei gauri negre sau cu totul altceva, o teorie neasteptata?

 

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro