5 Minute
La un deceniu de la prima detectare: un freamăt cosmic mai clar
La zece ani de la prima detectare directă a undelor gravitaționale, un nou semnal excepțional de puternic a permis fizicienilor să testeze o lege fundamentală a fizicii găurilor negre cu o precizie fără precedent. Publicat în Physical Review Letters și raportat de colaborarea internațională LIGO/Virgo/KAGRA (LVK), evenimentul GW250114 oglindește îndeaproape prima detectare, GW150914, dar sosește cu mult mai multă claritate grație unui deceniu de îmbunătățiri ale detectoarelor.
Undele gravitaționale sunt perturbații ale spațiu-timpului produse de mase accelerate, precum găuri negre și stele neutronice care se contopesc. Descoperirea din 2015, GW150914 — prima observație directă a acestor unde — a confirmat o predicție a relativității generale a lui Einstein și a deschis era astronomiei cu unde gravitaționale. De atunci, LIGO din SUA, Virgo din Italia și KAGRA din Japonia au înregistrat sute de semnale, iar doar al patrulea ciclu de observații a extins considerabil catalogul.
Semnale de unde gravitaționale înregistrate de detectorul LIGO Hanford la aproape zece ani distanță. (LIGO/J. Tissino (GSSI)/R. Hurt (Caltech-IPAC))
Testarea teoremei ariei lui Hawking cu GW250114
Nou-anunțatul GW250114 provine de la o fuziune a două găuri negre ale căror mase și rotații seamănă mult cu cele din GW150914. Diferența constă în raportul semnal-zgomot: GW250114 este de aproximativ patru ori 'mai puternic', permițând estimări mai precise ale parametrilor. Analiza LVK a separat măsurătorile celor doi protagoniști (găuri negre progenitoare) și ale găurii negre rămase, apoi a comparat ariile corespunzătoare ale orizonturilor evenimentelor.
Această măsurătoare testează direct a doua lege a mecanicii găurilor negre formulată de Hawking, cunoscută adesea ca teorema ariei. Cu mai mult de cincizeci de ani în urmă, Stephen Hawking și Jacob Bekenstein au dezvoltat o imagine termodinamică a găurilor negre: Bekenstein a corelat aria orizontului unui găuri negre cu entropia, iar Hawking a arătat că aria nu poate scădea în procese clasice. Măsurând masa și rotația înainte și după o fuziune — cele două mărimi care determină aria orizontului — oamenii de știință pot verifica dacă aria finală a orizontului este cel puțin suma ariilor inițiale.
Această simulare arată undele gravitaționale produse de două găuri negre care orbitează una în jurul celeilalte.
Datele GW250114 se potrivesc modelelor teoretice de forme de undă în mod excepțional. Echipa LVK raportează că aria finală dedusă este compatibilă cu — și mai mare decât — ariile combinate ale găurilor negre inițiale, oferind cea mai strictă confirmare până în prezent a teoremei ariei lui Hawking.
Implicații pentru fizica fundamentală și căutările viitoare
Rezultatul întărește interpretarea termodinamică a găurilor negre și susține relativitatea generală clasică în regimul dinamic și de câmp puternic. Deoarece aria orizontului este legată de entropie, constatarea se aliniază, de asemenea, cu a doua lege a termodinamicii în interacțiunile cu găurile negre.
Detectarea a implicat contribuții din părți ale echipelor globale, inclusiv cercetători australieni de la ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav). Sensibilitatea îmbunătățită a detectoarelor este crucială: semnalele mai clare permit testarea unor ipoteze exotice despre gravitația cuantică, despre teorii modificate ale gravitației și despre posibile semnături ale materiei întunecate care interacționează cu obiecte compacte.
Unda gravitațională observată GW250114 (LVK 2025). Datele observate sunt prezentate în gri deschis. Curba albastră netedă reprezintă cele mai bune modele teoretice care se potrivesc, arătând o concordanță excelentă cu semnalul observat. (Colaborarea LIGO, Virgo și KAGRA)
Perspective ale experților
Dr. Elena Marquez, astrofiziciană (ficțională), comentează: 'GW250114 este un reper pentru că ne permite să comparăm găurile negre inițiale și cea finală cu o precizie pe care nu o puteam atinge acum zece ani. Confirmarea teoremei ariei într-un cadru observațional închide un ciclu îndelungat dintre teorie și măsurătoare și pregătește terenul pentru teste ale corecțiilor cuantice la entropia găurilor negre.'
Privind înainte, actualizările continue ale detectoarelor și observatoarele de generație următoare planificate vor extinde catalogul evenimentelor de înaltă fidelitate. Fiecare fuziune nouă și puternică reprezintă o oportunitate de a testa gravitația, de a cerceta termodinamica găurilor negre și de a căuta deviații care ar putea indica noi fenomene fizice — inclusiv restricții pentru candidații la materie întunecată sau perspective asupra aspectelor cuantice ale orizonturilor.
Concluzie
GW250114 oferă cea mai clară confirmare observațională de până acum că fuziunile găurilor negre respectă teorema ariei lui Hawking: aria orizontului după o coliziune nu este mai mică decât ariile combinate anterioare. Acest rezultat întărește legătura dintre mecanica găurilor negre și termodinamică, validează relativitatea generală într-un cadru extrem și subliniază cum sensibilitatea crescută a detectoarelor de unde gravitaționale deschide noi ferestre către fizica fundamentală.
Sursa: sciencealert
Comentarii