През 2017 г. гравитационна вълна иззвъня над Земята като ясния тон на камбана. Той разтягаше и смазваше всеки човек, мравка и научен инструмент на планетата, докато минаваше през нашия космос. Сега изследователите са се върнали назад и са изучавали тази вълна и са открили скрити данни в нея - данни, които помагат да се потвърди една десетилетна идея за астрофизика.
Тази вълна от 2017 г. беше голяма работа: За първи път астрономите имаха инструмент, който можеше да я открие и запише, докато мина, известна като Лазерна интерферометрова гравитационна вълнова обсерватория (LIGO). Първата вълна беше резултатът, открити от тях, на две черни дупки, които се сриваха далеч в космоса. И сега екип от астрофизици направи още един поглед върху записа и откри нещо, което други хора смятат, че ще отнеме десетилетия, за да разкрият: точно потвърждение на „теоремата без коса“. Този съществен аспект на теорията за черната дупка датира най-малко от 70-те години на миналия век - теорема, в която Стивън Хокинг се гордееше.
Когато физиците казват, че черните дупки нямат "коса", казва Максимилиано Иси, физик в MIT и водещ автор на статията, те означават, че астрофизичните обекти са много прости. Черните дупки се различават един от друг по три начина: скорост на въртене, маса и електрически заряд. И в реалния свят, черните дупки вероятно не се различават много по електрически заряд, така че те наистина се различават само по отношение на масата и въртенето. Физиците наричат тези плешиви предмети „черни дупки на Кер“.
Тази обезкосмяване прави черните дупки много различни от почти всеки друг обект във Вселената, каза Иси пред Live Science. Когато звъни истинска камбана например, тя излъчва звукови вълни и някои неоткриваеми, невероятно слаби гравитационни вълни. Но това е много по-сложен обект. Камбаната е направена от материал, например (бронз може би или чугун), докато според модела без коса, черните дупки са еднакви особености. Всяка камбана също има някаква уникална форма, докато черните дупки са безкрайно малки, безразмерни точки в пространството, заобиколени от сферични хоризонти на събитията. Всички онези характеристики на звънец могат да бъдат открити в звука, който издава звънец - поне ако знаете нещо за камбаните и звуковите вълни. Ако по някакъв начин бихте могли да усетите гравитационните вълни на камбаната, бихте открили и тези разлики в състава и формата на камбаната, каза Иси.
"Тайната на целия този бизнес е, че формата на вълната - моделът на това разтягане и притискане - кодира информация за източника, нещото, което направи тази гравитационна вълна", каза той пред Live Science.
А астрономите, изучаващи вълната през 2017 г., научиха много за сблъсъка с черната дупка, който я породи, каза Иси.
Но записът беше слаб и не много подробен. LIGO, най-добрият гравитационен детектор за вълни в света, използва лазер за измерване на разстоянията между огледалата, подредени 2,5 мили (4 километра) един от друг в L-образец в щата Вашингтон. (Дева, подобен детектор, също вдигна вълната в Италия.) Докато вълната се търкаляше над LIGO, тя изкриви самата пространство-време и така леко промени това разстояние. Но детайлите на тази гравитационна вълна не са били достатъчно интензивни, за да могат да се записват детекторите, каза Иси.
"Но все едно слушаме от много далеч", каза Иси.
По онова време тази вълна предлагаше много информация. Черната дупка се държеше както се очакваше. Няма очевидни доказателства, че липсва хоризонт на събитията (регионът, отвъд който не може да избяга светлина) и не се отклонява драстично от теоремата за без косъм, каза Иси.
Но изследователите не можеха да са много сигурни в много от тези точки, особено теоремата за без косъм. Най-простата част от формата на вълната, която се изучава, каза Иси, след като двете черни дупки се сляха в една по-голяма черна дупка. Продължаваше да звъни известно време, много прилича на ударен звънец, изпращайки излишната си енергия в космоса като гравитационни вълни - това, което астрофизиците наричат процеса „разрушаване“.
По онова време изследователите, преглеждащи данни на LIGO, забелязаха само една форма на вълната в прекъсването. Изследователите смятат, че ще са необходими десетилетия, за да се разработят достатъчно чувствителни инструменти, за да се вдигнат всякакви по-тихи обертонове в атаката. Но един от колегите на Isi, Мат Гислер, физик от Калифорнийския технологичен институт, разбра, че е имало кратък период веднага след сблъсъка, при който прекъсването е било достатъчно интензивно, че LIGO е записал повече подробности от обикновено. И в тези моменти вълната беше достатъчно силна, че LIGO вдигна обертон - втора вълна с различна честота, много прилича на слабите вторични нотки, които се носят в звука на ударен звънец.
В музикалните инструменти обертонове носят по-голямата част от информацията, която придава на инструментите техните отличителни звуци. Същото е и с обертоновете на гравитационна вълна, каза той. И този новооткрит обертон изясни значително данните за звънещата черна дупка, каза Иси.
Това показа, каза той, че черната дупка е най-малкото много близка до черната дупка на Кер. Теоремата без коса може да се използва, за да се предвиди как ще изглежда обертонът; Иси и неговият екип показаха, че обертонът почти съвпада с това прогнозиране. Записването на нюанса обаче не беше много ясно, така че все още е възможно тонът да е малко по-различен - с около 10% - от това, което теоремата би предвидила ...
За да излезете извън това ниво на точност, каза той, ще трябва да извлечете по-ясен нюанс от формата на вълната при сблъсък с черна дупка или да изградите по-чувствителен инструмент от LIGO, каза Иси.
"Физиката е за все по-близо и по-близо", каза Иси. "Но никога не можеш да бъдеш сигурен."
Възможно е дори сигналът от обертона да не е реален, а да е възникнал по случайност поради случайни колебания на данните. Те отчитат „3.6σ увереност“ в съществуването на нюанса. Това означава, че има приблизително 1-в-600 шанс, че нюансът не е истински сигнал от черната дупка.
С подобряването на инструментите и откриването на повече гравитационни вълни всички тези числа трябва да станат по-уверени и прецизни, каза Иси. LIGO вече премина през ъпгрейди, които направиха откриването на сблъсъци с черни дупки доста рутинни. Друг ъпгрейд, планиран за средата на 2020 г., трябва да увеличи чувствителността си десетократно, според Physics World. След като в средата на 30-те години стартира космическата антена с лазерен интерферометър (LISA), астрономите би трябвало да могат да потвърдят обезкосмяването на черните дупки до степен на сигурност, невъзможна днес.
Въпреки това, каза Иси, винаги е възможно черните дупки да не са напълно плешиви - те могат да имат някакъв квантов прасковен прасков, който е прекалено мек и кратък, за да може нашите инструменти да вдигнат.
