Międzynarodowa sieć detektorów fal grawitacyjnych ogłosiła publikację najnowszego katalogu sygnałów, zarejestrowanych w okresie od maja 2023 do stycznia 2024 roku. W katalogu znalazło się aż 128 nowych zderzeń czarnych dziur i gwiazd neutronowych, co ponad dwukrotnie zwiększyło liczbę znanych dotąd detekcji. Najnowsze obserwacje potwierdzają teorię Einsteina, ale także rzucają nowe światło na ewolucję Wszechświata i procesy powstawania czarnych dziur.
- Więcej aktualnych informacji znajdziesz na stronie głównej RMF24.pl. Bądź na bieżąco.
Wspólna praca naukowców z trzech kontynentów, amerykańskiego laboratorium LIGO, włoskiego Virgo i japońskiego KAGRA, umożliwia tworzenie najbardziej kompletnego katalogu fal grawitacyjnych w historii. Nowe dane, udostępnione do dalszych analiz zespołom badawczym na całym świecie, ukazują niezwykłą różnorodność układów podwójnych, które generują fale grawitacyjne. Wśród nich znajdują się zarówno najmasywniejsze dotąd wykryte układy czarnych dziur, jak i układy o rekordowej asymetrii mas, czy wyjątkowo dużej prędkości obrotowej. Zarejestrowano również dwa przypadki zderzeń czarnej dziury z gwiazdą neutronową.
Ogłoszona w nowym katalogu GWTC-4 (Gravitational-Wave Transient Catalogue-4.0) liczba nowych zdarzeń, 128, zdecydowanie przewyższa liczbę sygnałów z poprzedniego katalogu, obejmującego 90 detekcji z wcześniejszych trzech kampanii obserwacyjnych. Tak gwałtowny przyrost danych otwiera zupełnie nowe możliwości badawcze, pozwalając naukowcom analizować populacje czarnych dziur i testować fundamentalne prawa fizyki z niespotykaną dotąd precyzją.
Wśród najbardziej nietypowych sygnałów zarejestrowanych podczas ostatniej kampanii obserwacyjnej O4a wyróżnia się GW231123, sygnał pochodzący od najcięższego znanego układu podwójnego czarnych dziur. Każda z nich ma masę około 130 razy większą od masy Słońca, podczas gdy większość dotąd wykrytych czarnych dziur w układach podwójnych miała masę około 30 mas Słońca. Tak duże masy sugerują, że obie czarne dziury mogły powstać w wyniku wcześniejszych zderzeń lżejszych obiektów, najprawdopodobniej w bardzo zatłoczonych i dynamicznych środowiskach kosmicznych.
Kolejnym fascynującym przypadkiem jest GW231028, sygnał od układu czarnych dziur o najwyższych dotąd zaobserwowanych prędkościach obrotowych. Obie czarne dziury wirują z prędkością sięgającą 40 proc. prędkości światła. Tak ogromna energia rotacyjna również wskazuje na złożoną historię powstawania tych obiektów, prawdopodobnie poprzez wielokrotne zderzenia i łączenie się mniejszych czarnych dziur.
W katalogu znalazł się także sygnał GW231118, pochodzący od układu o wyjątkowo dużej asymetrii mas. Jedna z czarnych dziur jest dwukrotnie masywniejsza od drugiej. Takie przypadki są niezwykle cenne dla naukowców, ponieważ pozwalają testować granice obowiązywania obecnych modeli astrofizycznych.
Każda nowa detekcja fal grawitacyjnych to nie tylko kolejny krok w poznawaniu Wszechświata, ale również szansa na sprawdzenie, czy ogólna teoria względności Alberta Einsteina wciąż pozostaje najlepszym opisem grawitacji. Fale grawitacyjne powstające podczas zderzeń czarnych dziur to jedne z najbardziej ekstremalnych zjawisk we Wszechświecie - idealne do testowania granic obowiązywania teorii. "Testując nasze teorie fizyczne, dobrze jest rozważać najbardziej ekstremalne możliwe sytuacje, ponieważ to właśnie tam nasze teorie najprawdopodobniej zawodzą i gdzie mamy największą szansę na dokonanie odkryć" - mówi Aaron Zimmerman z Uniwersytetu Teksasu w Austin.
Szczególnie silny sygnał GW230814 pozwolił naukowcom przeprowadzić bardzo dokładną analizę, poszukując ewentualnych odstępstw od przewidywań Einsteina. Jak dotąd, wszystkie testy potwierdzają ich poprawność, jednak każdy kolejny sygnał zwiększa czułość tych badań i pozwala szukać subtelnych efektów, które mogłyby wskazywać na istnienie tzw. nowej fizyki. "Dzięki przyszłym obserwacjom obejmującym szerszy zakres mas czarnych dziur, ich spinów i ekscentryczności orbit, będziemy mogli nałożyć silniejsze ograniczenia na alternatywne teorie grawitacji lub potencjalnie odkryć oznaki nowej fizyki" - dodaje Soumen Roy z Université catholique de Louvain.
Jednym z największych nierozwiązanych problemów współczesnej kosmologii jest dokładne określenie tempa rozszerzania się Wszechświata, czyli tzw. stałej Hubble’a. Dotychczasowe metody, oparte na obserwacjach supernowych czy mikrofalowego promieniowania tła, dają rozbieżne wyniki. Fale grawitacyjne oferują zupełnie nową, niezależną ścieżkę pomiaru tej wielkości.
Analizując całość zgromadzonych dotąd sygnałów, naukowcy uzyskali nową, niezależną estymację stałej Hubble’a, wskazującą na wartość 76 kilometrów na sekundę na megaparsek. Oznacza to, że galaktyka oddalona o jeden megaparsek od Ziemi oddala się od nas z prędkością 76 km/s. Choć precyzja tych pomiarów wciąż ustępuje tradycyjnym metodom, każda nowa detekcja przybliża naukowców do rozwiązania tej fundamentalnej zagadki.
"Rośnie entuzjazm dla kosmologii fal grawitacyjnych. Poza tym, że jest to nowe i niezależne podejście, jest ono bardzo atrakcyjne, ponieważ unika skomplikowanej kalibracji wymaganej przez dotychczasowe metody. Chociaż nie mamy jeszcze wystarczającej liczby obserwacji, aby dorównać precyzji tradycyjnych pomiarów, każde nowe wykrycie fali grawitacyjnej przybliża nas o krok do wyjaśnienia, jak szybko rozszerza się nasz wszechświat" - dodaje Ulyana Dupletsa, badaczka z Instytutu Marietty Blau Austriackiej Akademii Nauk.
