Santrauka:
Naujai aptikta gravitacinė banga GW250114 suteikia mokslininkams aiškiausią iki šiol žvilgsnį į juodųjų skylių susidūrimą ir yra galingas būdas patikrinti Einšteino gravitacijos teoriją. Bangos aiškumas leido mokslininkams išmatuoti kelis susidūrimo „tonus“, kurie visi atitiko Einšteino prognozes. Šis patvirtinimas yra įdomus, tačiau taip pat ir galimybė, kad būsimi signalai elgsis ne taip tvarkingai. Bet koks nukrypimas gali rodyti naują fiziką, viršijančią mūsų dabartinį gravitacijos supratimą.
Švariausia kol kas aptikta gravitacinė banga patvirtina Einšteino teoriją
Aiškiausias kada nors užfiksuotas juodųjų skylių susidūrimas ką tik patvirtino Einšteino teoriją, kartu suteikdamas vilčių, kad kitas gali perrašyti gravitacijos dėsnius.
Nuotrauka: „Shutterstock“
Mokslininkams, kurie stebi silpnus raibulius, keliaujančius per kosmosą, GW250114 išsiskiria. Tai aiškiausias gravitacinės bangos signalas, kada nors užfiksuotas iš dviejų susijungiančių juodųjų skylių, suteikiantis tyrėjams neįprastai tikslų įrankį Alberto Einšteino gravitacijos teorijai, vadinamai bendrąja reliatyvumo teorija, patikrinti.
„Fantastiška tai, kad šis įvykis yra beveik identiškas pirmajam, kurį stebėjome prieš 10 metų – GW150914. Jis toks aiškesnis vien dėl to, kad per pastaruosius 10 metų mūsų detektoriai tapo daug tikslesni“, – teigė Kornelio universiteto fizikas Keefe’as Mitmanas, NASA Hablo podoktorantūros bendradarbis Kornelio astrofizikos ir planetų mokslo centre, Menų ir mokslų kolegijoje.
Visuotinės pastangos tirti juodųjų skylių susidūrimus
Mitmanas yra šio signalo tyrimo „Juodosios skylės spektroskopija ir bendrojo reliatyvumo bandymai su GW250114“, kuris buvo paskelbtas žurnale „Physical Review Letters“ sausio 29 d., bendraautoris. Straipsnį parengė LIGO mokslininkai bendradarbiaudami su „Virgo“ Italijoje ir KAGRA Japonijoje. Kornelio mokslininkai atliko svarbų vaidmenį LIGO-VIRGO-KAGRA projekte nuo pat jo pradžios dešimtojo dešimtmečio pradžioje.
Gravitacinė banga, žinoma kaip GW250114, atsirado susidūrus dviem juodosioms skylėms, kurios erdvėlaikyje sukėlė raibulius. Šis signalas pasiekė JAV įsikūrusią lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatoriją (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories, LIGO) 2025 m. sausio 14 d. Kiekviena gravitacinė banga pavadinta pagal jos aptikimo datą, o LIGO-VIRGO-KAGRA komanda viešai paskelbė apie tai 2025 m. rugsėjį. Remiantis Mitmano ir jo kolegų analize, signalas elgiasi tiksliai taip, kaip prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija. Tuo pačiu metu tyrėjai mano, kad ne kiekvienas juodųjų skylių susijungimas taip tiksliai atitiks Einšteino taisykles, o tai galėtų atverti naujas duris fizikoje.
Kaip juodosios skylės atskleidžia savo paslaptis
Kai susijungia dvi juodosios skylės, naujai susidaręs objektas vibruoja, panašiai kaip daužomas varpas. Šios vibracijos sukuria skirtingus tonus, kuriuos apibrėžia du matavimai, aiškino Mitmanas: virpesių dažnis ir slopinimo laikas. Vieno tono matavimas leidžia mokslininkams apskaičiuoti galutinės juodosios skylės masę ir sukinį. Dviejų ar daugiau tonų aptikimas leidžia atlikti kelis nepriklausomus tų pačių savybių patikrinimus, kaip numatyta bendrojoje reliatyvumo teorijoje.
„Jei šie du matavimai sutampa, jūs iš esmės patvirtinate bendrąją reliatyvumo teoriją“, – sakė Mitmanas. „Tačiau jei išmatuojate du tonus, kurie nesutampa su tuo pačiu masės ir sukinio deriniu, galite pradėti tirti, kiek nukrypote nuo bendrosios reliatyvumo teorijos prognozių.“
GW250114 atveju signalas buvo pakankamai aiškus, kad mokslininkai išmatuotų du tonus ir nustatytų ribas trečiajam. Visi šie rezultatai atitiko Einšteino teoriją.
Ieškant neatitikimų Einšteino teorijoje
Kas būtų, jei matavimai būtų nesutapę?
„Tuomet mums, fizikams, būtų tekę daug dirbti, bandant paaiškinti, kas vyksta ir kokia būtų tikroji gravitacijos teorija mūsų Visatoje“, – sakė Mitmanas. Jis ir jo bendradarbiai mano, kad gali būti, jog būsimi gravitacinių bangų signalai ne visai atitiks bendrąją reliatyvumo teoriją, ir tai suteiktų užuominų apie neatskleistas Visatos paslaptis.
Fizikai jau įtaria, kad bendroji reliatyvumo teorija negali būti paskutinis žodis apie gravitaciją. Kaip pažymėjo Mitmanas, ši teorija nepaaiškina tokių reiškinių kaip tamsioji energija ir tamsioji materija, ir ji neveikia, kai mokslininkai bando ją suderinti su kvantinį pasaulį valdančiais dėsniais.
„Turi būti koks nors būdas išspręsti šį paradoksą, kad mūsų gravitacijos teorija atitiktų mūsų kvantinės mechanikos teoriją“, – sakė Mitmanas. „Atsižvelgiant į tai, tikimės, kad bus tam tikrų nukrypimų nuo klasikinės Einšteino prognozės, kai šiuose gravitacinių bangų signaluose gali būti matomi kvantinės gravitacijos pėdsakai.
„Tikimės, kad vieną dieną pamatysime šiuos nukrypimus ir tai padės mums suprasti, kokia galėtų būti tikroji kvantinės gravitacijos teorija.“
Cornell University. „A record breaking gravitational wave is helping test Einstein’s theory of general relativity.“ ScienceDaily. ScienceDaily, 3 February 2026. <www.sciencedaily.com