Atpakaļ 2017. gadā gravitācijas vilnis skanēja virs Zemes tāpat kā skaidrs zvana signāls. Caur mūsu kosmosa reģionu tas izstiepa un izslaucīja katru cilvēku, skudru un zinātnisko instrumentu uz planētas. Tagad pētnieki ir devušies atpakaļ un izpētījuši šo vilni un atraduši tajā slēptos datus - datus, kas palīdz apstiprināt gadu desmitiem vecu astrofizikas ideju.
Šis 2017. gada vilnis bija liels darījums: pirmo reizi astronomiem bija rīks, kas to varēja noteikt un reģistrēt, kad tas gāja garām, pazīstams kā lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija (LIGO). Pirmais vilnis bija rezultāts diviem melniem caurumiem, kas kopā sabruka tālu kosmosā. Un tagad astrofiziķu komanda ir vēlreiz apskatījusi ierakstu un atradusi kaut ko citu, pēc viņu domām, atklāšanai nepieciešami gadu desmiti: precīzs teorēmas “bez matiem” apstiprinājums. Šis būtiskais melnā cauruma teorijas aspekts meklējams vismaz 70. gados - teorēma, par kuru Stefans Hokings ļoti šaubījās.
Kad fiziķi saka, ka melnajiem caurumiem nav "matu", sacīja Maksimiliano Isi, MIT fiziķis un galvenā darba autors, tie nozīmē, ka astrofiziskie objekti ir ļoti vienkārši. Melnie caurumi viens no otra atšķiras tikai trīs veidos: griešanās ātrums, masa un elektriskā lādiņa. Un reālajā pasaulē melnie caurumi, iespējams, daudz neatšķiras pēc elektriskā lādiņa, tāpēc tie tiešām atšķiras tikai masas un griešanās ziņā. Fiziķi šos plikos objektus sauc par "Kerra melnajiem caurumiem".
Šī matu izkrišana padara melnos caurumus ļoti atšķirīgus no gandrīz visiem citiem Visuma objektiem, Isi stāstīja Live Science. Kad, piemēram, zvana īsts zvans, tas izstaro skaņas viļņus un dažus nenosakāmus, neticami vājus gravitācijas viļņus. Bet tas ir daudz sarežģītāks objekts. Zvans ir izgatavots no, piemēram, materiāla (varbūt bronzas vai čuguna), savukārt saskaņā ar modeli bez matiem melnie caurumi ir vienveidīgi. Katram zvanam ir arī nedaudz unikāla forma, turpretī melnie caurumi ir bezgalīgi nelieli, bez dimensijas punkti telpā, ko ieskauj sfēriski notikumu horizonti. Visas šīs zvana funkcijas var noteikt skaņā, ko zvans rada - vismaz tad, ja kaut ko zināt par zvaniem un skaņas viļņiem. Ja jūs kaut kā varētu izjust zvanu gravitācijas viļņus, jūs varētu atklāt arī zvanu kompozīcijas un formas atšķirības tajos, sacīja Isi.
"Visa šī biznesa noslēpums ir tāds, ka viļņu forma - šī izstiepšanās un saspiešanas shēma - kodē informāciju par avotu, lietu, kas izveidoja šo gravitācijas vilni," viņš stāstīja Live Science.
Un astronomi, kuri pētīja 2017. gada vilni, daudz uzzināja par melnā cauruma sadursmi, kas to izraisīja, sacīja Isi.
Bet ieraksts bija vājš un ne pārāk detalizēts. LIGO, labākais gravitācijas viļņu detektors pasaulē, izmantoja lāzeru, lai izmērītu attālumus starp spoguļiem, kas izvietoti 2,5 jūdžu (4 kilometru) attālumā viens no otra L veida rakstā Vašingtonas štatā. (Jaunava, līdzīgs detektors, arī pacēla viļņu Itālijā.) Kad vilnis virzījās virs LIGO, tas pats sagrozīja telpas laiku un kādreiz tik nedaudz mainīja šo attālumu. Bet Isi sacīja, ka šī gravitācijas viļņa informācija nebija pietiekami intensīva, lai detektori varētu reģistrēt.
"Bet tas ir tāpat kā mēs klausāmies no ļoti tālu," sacīja Isi.
Tajā laikā šis vilnis sniedza daudz informācijas. Melnais caurums izturējās kā paredzēts. Nebija acīmredzamu pierādījumu tam, ka tajā trūkst notikumu horizonta (reģions, no kura nevar izkļūt gaisma), un tas dramatiski neatkāpās no teorijas bez matiem, sacīja Isi.
Bet pētnieki nevarēja būt ļoti pārliecināti par daudziem no šiem punktiem, it īpaši par teoriju par matiem. Isi sacīja, ka vienkāršākā izpētītās viļņu formas daļa nāk pēc tam, kad divi melnie caurumi ir saplūduši vienā lielākā melnā caurumā. Tas kādu laiku zvana, ļoti līdzīgi kā atsities zvans, pārpalikuma enerģiju nosūtot kosmosā kā gravitācijas viļņus - to, ko astrofiziķi sauc par “atslēgšanās” procesu.
Tajā laikā pētnieki, aplūkojot LIGO datus, pamanīja tikai vienu viļņu formu. Pētnieki uzskatīja, ka būs nepieciešami gadu desmiti, lai izstrādātu instrumentus, kas būtu pietiekami jutīgi, lai atsaukšanās laikā uzņemtu klusākus virsskaņas signālus. Bet viens no Isi kolēģiem, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta fiziķis Metjū Gieslers, saprata, ka tūlīt pēc sadursmes, kurā apdzelšana bija pietiekami intensīva, bija īss laika posms, ka LIGO reģistrēja sīkāk nekā parasti. Un tajos brīžos vilnis bija pietiekami skaļš, ka LIGO pacēla virsskaņu - otro vilni ar atšķirīgu frekvenci, ļoti līdzīgi vājajām sekundārajām notīm, kuras tiek atskaņotas atskanēja zvana skaņā.
Mūzikas instrumentos virsskaņas nes lielāko daļu informācijas, kas instrumentiem piešķir to atšķirīgās skaņas. Tas pats attiecas uz gravitācijas viļņa virsotnēm, viņš teica. Un šis tikko atklātais virsskaņa ļoti daudz precizēja datus par zvana melno caurumu, sacīja Isi.
Pēc viņa teiktā, tas parādīja, ka melnais caurums ir vismaz ļoti tuvu Kerras melnajam caurumam. Teoremu bez matiem var izmantot, lai paredzētu, kā izskatīsies virsskaņa; Isi un viņa komanda parādīja, ka virsskaņas signāls gandrīz atbilst šai prognozei. Tomēr virsotnes ierakstīšana nebija tik skaidra, tāpēc joprojām ir iespējams, ka signāls nedaudz atšķīrās - apmēram par 10% - no tā, ko teorēma varētu prognozēt…
Viņš sacīja, ka, lai pārsniegtu šo precizitātes līmeni, jums būs jāizņem skaidrāks virsskats no melnā cauruma sadursmes viļņu formas vai jāizveido jutīgāks instruments nekā LIGO, sacīja Isi.
"Fizika ir domāta arvien tuvākai tuvībai," sacīja Isi. "Bet jūs nekad nevarat būt pārliecināts."
Ir pat iespējams, ka signāls no virsskaņa nav reāls, bet rodas tikai nejauši nejaušu datu svārstību dēļ. Viņi ziņoja par "3.6σ pārliecību" par virsskaņa esamību. Tas nozīmē, ka pastāv aptuveni viena no 6,300 iespēja, ka virsskaņa nav patiess signāls no melnā cauruma.
Tā kā instrumenti uzlabojas un tiek atklāti vairāk gravitācijas viļņu, visiem šiem skaitļiem vajadzētu kļūt pārliecinātākiem un precīzākiem, sacīja Isi. LIGO jau ir veicis jauninājumus, kuru dēļ melno caurumu sadursmju atklāšana ir kļuvusi diezgan ierasta. Vēl vienam jauninājumam, kas plānots 2020. gada vidū, vajadzētu desmit reizes palielināt tā jutīgumu, norāda Physics World. Tiklīdz kosmosa bāzes lāzera interferometra kosmosa antena (LISA) tiks palaista klajā 2030. gadu vidū, astronomiem vajadzētu spēt apstiprināt melno caurumu apmatojumu līdz pat noteiktības pakāpei līdz šodienai.
Tomēr Isi sacīja, ka vienmēr ir iespējams, ka melnie caurumi nav pilnīgi pliki - tiem var būt kāds kvantu persiku pūciņš, kas ir pārāk mīksts un īss, lai mūsu instrumenti to uzņemtu.
