Fale grawitacyjne po raz pierwszy pozwoliły zbadać obszar w pobliżu horyzontu zdarzeń
Horyzont zdarzeń czarnych dziur od lat pozostaje jedną z największych zagadek astrofizyki. Analiza najgłośniejszej zarejestrowanej fali grawitacyjnej pozwoliła naukowcom po raz pierwszy uzyskać informacje z obszaru znajdującego się tuż przy tej granicy, przybliżając ich do zrozumienia zjawisk zachodzących wokół najbardziej ekstremalnych obiektów we Wszechświecie.
Najgłośniejsza fala grawitacyjna w historii
W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Ling Sun i Neila Lu z ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) oraz Australian National University dzięki „najgłośniejszej” dotąd zarejestrowanej fali grawitacyjnej, która powstała w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur, jako pierwsi zaobserwowali wcześniej nieuchwytny obszar w pobliżu horyzontu zdarzeń, tuż przed tym, jak całe światło i dźwięk zostały na zawsze pochłonięte przez większy obiekt powstały z połączenia obu czarnych dziur. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature”.
Sygnał ten dał astrofizykom możliwość przyjrzenia się wcześniej nieuchwytnemu obszarowi najbliższemu horyzontowi zdarzeń czarnej dziury, gdzie spotykają się fizyka kwantowa i ogólna teoria względności.
„Zmierzyliśmy ostatni dźwięk, jaki wydały czarne dziury w chwili zderzenia. W tym sygnale ukryty był niewielki składnik, zwany falami bezpośrednimi (direct waves), który wcześniej nie był dobrze poznany. Nasza nowa analiza pozwoliła go rozszyfrować i wydobyć unikalne informacje z obszaru położonego bardzo blisko horyzontu zdarzeń” – mówi Neil Lu z ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery oraz Australian National University.
Horyzont zdarzeń i granica bez powrotu
Jak opisują astrofizycy, horyzont zdarzeń to granica otaczająca czarną dziurę, poza którą nic nie może się wydostać, nawet światło. Na tej granicy prędkość potrzebna do ucieczki z pola grawitacyjnego niezwykle gęstego obiektu jest równa prędkości światła. Ponieważ we Wszechświecie nic nie porusza się szybciej od światła, wszystko, co przekroczyło horyzont zdarzeń, zostaje uwięzione na zawsze.
Naukowcy przeanalizowali „najgłośniejszy” w historii sygnał fali grawitacyjnej GW250114, zarejestrowany w 2025 roku przez obserwatorium Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) w Stanach Zjednoczonych. Zdaniem naukowców czarne dziury są ekstremalnymi obiektami znajdującymi się na styku ogólnej teorii względności i teorii kwantowej.
Fale grawitacyjne otwierają nowe możliwości badań
„Badaliśmy GW250114, najgłośniejszy dotąd sygnał fal grawitacyjnych pochodzący od podwójnej czarnej dziury, około trzykrotnie głośniejszy od pierwszego tego rodzaju sygnału wykrytego dekadę temu. Nasza analiza pokazała, że ten wyjątkowo silny sygnał może służyć jako potężne narzędzie do badania horyzontu zdarzeń obiektu powstałego w wyniku fuzji, umożliwiając pomiar jego dwóch podstawowych właściwości: częstotliwości obrotu i grawitacji powierzchniowej” – twierdzi Ling Sun z ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) oraz Australian National University.
„Pomiary te stanowią pierwszy krok w kierunku przyszłych testów ogólnej teorii względności z wykorzystaniem fal bezpośrednich” – dodaje Neil Lu.
Nowa technika analityczna opracowana przez naukowców pozwoli badać siłę ekstremalnej grawitacji w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnych dziur oraz zjawiska takie jak wleczenie czasoprzestrzeni (frame dragging), podczas którego czarna dziura dosłownie „ciągnie” za sobą otaczającą ją strukturę czasoprzestrzeni, sprawiając, że nic nie może pozostawać nieruchome względem odległego obserwatora.
Emil Gołoś
