Naukowcy z całego świata nie kryją podniecenia - najnowsze obserwacje fal grawitacyjnych powstałych w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur, zarejestrowane przez detektory LIGO w styczniu 2025 roku, przynoszą najwyraźniejsze jak dotąd potwierdzenie fundamentalnych przewidywań Alberta Einsteina, Stephena Hawkinga i Roya Kerra. Odkrycie, o którym poinformowano dziś na łamach prestiżowego czasopisma "Physical Review Letters", rzuca nowe światło na naturę czarnych dziur i strukturę czasoprzestrzeni.
Czarne dziury to jedne z najbardziej tajemniczych obiektów we Wszechświecie. Powstają jako końcowy etap ewolucji masywnych gwiazd, a ich grawitacja jest tak silna, że nawet światło nie jest w stanie się z nich wydostać. Gdy dwie czarne dziury zbliżają się do siebie i łączą w jeden obiekt, wywołują potężne zaburzenia w czasoprzestrzeni - fale grawitacyjne. Te kosmiczne "zmarszczki" rozchodzą się niczym dźwięk dzwonu, niosąc ze sobą informacje o masie, momencie pędu i innych właściwościach czarnych dziur.
Pierwsze takie fale zarejestrowano zaledwie dekadę temu, w 2015 roku. Od tamtej pory technologia detekcji rozwinęła się w błyskawicznym tempie, a naukowcy coraz precyzyjniej potrafią "słuchać" tych niezwykłych sygnałów. Najnowszy, nazwany GW250114, jest najczystszym i najdokładniej przebadanym sygnałem tego typu w historii.
Analizę sygnału GW250114 przeprowadzili astrofizycy Maximiliano Isi i Will Farr z Center for Computational Astrophysics w Nowym Jorku. Dzięki współpracy międzynarodowej - obserwatoriów LIGO w USA, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii - udało się uzyskać niespotykaną dotąd rozdzielczość pomiarów. Na ich podstawie oceniono, że powstała w wyniku zderzenia czarna dziura ma masę równą 63 masom Słońca i obraca się z zawrotną częstością 100 obrotów na sekundę.
"To najczystszy obraz natury czarnych dziur, jaki kiedykolwiek uzyskaliśmy" - podkreśla prof. Isi. "Otrzymaliśmy jedne z najmocniejszych dowodów na to, że czarne dziury są dokładnie tym, czym przewidywała ogólna teoria względności Einsteina".
Nowoczesne detektory pozwoliły naukowcom prześledzić cały proces zderzenia - od pierwszego kontaktu aż po milisekundy, podczas których nowa czarna dziura stabilizuje się w swoim ostatecznym stanie. Wcześniej to właśnie te ostatnie, najcichsze sygnały były praktycznie niemożliwe do wyodrębnienia z szumu danych. Teraz, dzięki nowatorskim metodom analizy sygnału, udało się je wyizolować i dokładnie zbadać. "Dziesięć milisekund to pozornie niewiele, ale nasze instrumenty są dziś tak precyzyjne, że ten czas wystarcza, by przeanalizować sygnał czarnej dziury" - wyjaśnia Isi. "Dzięki nowym pomiarom mamy niezwykle szczegółowy obraz sygnału przed i po zderzeniu".
Nowe dane umożliwiły potwierdzenie hipotezy sformułowanej w 1963 roku przez Roya Kerra. Korzystając z równań Einsteina, wykazał on, że czarne dziury można opisać zaledwie dwoma parametrami: masą i momentem pędu. Najnowsze analizy potwierdzają, że rzeczywiście - nawet po dramatycznym zderzeniu, nowa czarna dziura zachowuje się jak idealnie prosty obiekt, zgodnie z przewidywaniami teorii.
Równie istotne jest potwierdzenie słynnego twierdzenia Stephena Hawkinga o powierzchni czarnej dziury. Zgodnie z nim, powierzchnia horyzontu zdarzeń - granicy, zza której nie ma powrotu - może tylko rosnąć, nigdy maleć. To analogia do drugiej zasady termodynamiki, według której entropia, czyli miara nieuporządkowania, w zamkniętym układzie nie może maleć. Nowe, czterokrotnie dokładniejsze niż dotychczas pomiary, nie pozostawiają wątpliwości: twierdzenie Hawkinga jest prawdziwe.
Potwierdzenie tych fundamentalnych przewidywań ma ogromne znaczenie nie tylko dla astrofizyki, ale i dla całej fizyki teoretycznej. Zrozumienie termodynamiki czarnych dziur może być kluczem do połączenia ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową - świętego Graala współczesnej nauki. "To naprawdę głębokie odkrycie - jeśli powierzchnia horyzontu czarnej dziury zachowuje się jak entropia, oznacza to, że czarne dziury mogą być matematycznym laboratorium do badania prawdziwej natury czasoprzestrzeni" - komentuje Isi.