2017. aastal kõlas gravitatsiooniline laine üle maa nagu kellukese selge toon. See sirutas läbi meie kosmosepiirkonna ja hõlmas kõiki planeedi inimesi, sipelgaid ja teadusinstrumente. Nüüd on teadlased tagasi pöördunud ja uurinud seda lainet ning leidnud sellest varjatud andmed - andmed, mis aitavad kinnitada aastakümnetepikkust astrofüüsikaideed.
See 2017. aasta laine oli suur asi: esmakordselt oli astronoomidel tööriist, mis suutis selle möödudes tuvastada ja salvestada, tuntud kui laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus (LIGO). Esimene laine oli nende tulemuseks kahest mustast august, mis kukkusid kosmoses kokku. Ja nüüd on astrofüüsikute meeskond salvestist uuesti vaadanud ja leidnud midagi, mis teiste arvates võiks paljastada aastakümneid: "juusteta teoreemi" täpne kinnitus. See musta augu teooria oluline aspekt pärineb vähemalt 1970. aastatest - teoreem, milles Stephen Hawking kahtles.
Kui füüsikud väidavad, et mustadel aukutel pole "juukseid", ütles MIT-i füüsik ja paberi juhtiv autor Maximiliano Isi, tähendavad nad, et astrofüüsikalised objektid on väga lihtsad. Mustad augud erinevad üksteisest ainult kolmel viisil: tsentrifuugimiskiirus, mass ja elektrilaeng. Ja pärismaailmas ei erine mustad augud ilmselt elektrilaengu osas kuigi palju, seega erinevad nad tegelikult ainult massi ja keerutuse osas. Füüsikud nimetavad neid kiilasobjekte "Kerri mustadeks aukudeks".
See karvutuvus muudab mustad augud väga erinevaks peaaegu kõigist teistest universumi objektidest, rääkis Isi Live Science'ile. Näiteks kui tõeline kell heliseb, kiirgab see helilaineid ja mõnda tuvastamatut, uskumatult nõrka gravitatsioonilainet. Kuid see on palju keerulisem objekt. Kell on valmistatud näiteks materjalist (võib-olla pronksist või malmist), samas kui juusteta mudeli järgi on mustad augud kõik ühtlased. Igal kellal on ka mõnevõrra ainulaadne kuju, samal ajal kui mustad augud on kõik sfääriliste sündmuste horisontidega ümbritsetud ruumi lõpmatuid, mõõtmeteta punkte. Kõiki neid kellukese omadusi saab tuvastada helis, mille kellamäng teeb - vähemalt siis, kui teate midagi kellade ja helilainete kohta. Isi ütles, et kui saaksite kellukese gravitatsioonilisi laineid kuidagi tajuda, tuvastaksite need ka kella koostise ja kuju erinevused.
"Kogu selle ettevõtte saladus on see, et lainekuju - selle venituse ja pigistamise muster - kodeerib teavet allika kohta - asi, mis selle gravitatsioonilaine tegi," rääkis ta Live Science'ile.
Ja 2017. aasta lainet uurinud astronoomid said palju teada musta augu kokkupõrkest, mis seda tekitas, teatas Isi.
Kuid lindistamine oli nõrk ja mitte eriti detailne. Maailma parim gravitatsioonilise laine detektor LIGO kasutas laserit, et mõõta Washingtoni osariigis L-mustrina 2,5 miili (4 km) kaugusel asuvate peeglite vahelisi kaugusi. (Sarnane detektor Virgo võttis ka Itaalias laine üles.) Kui laine keerles üle LIGO, väändus see ruumi-aeg ise ja muutis seda kaugust kunagi nii pisut. Isi ütles, et selle gravitatsioonilaine üksikasjad polnud detektorite jaoks piisavalt intensiivsed.
"Aga see on selline, nagu me kuulame väga kaugelt," sõnas Isi.
Tol ajal pakkus see laine palju teavet. Must auk käitus ootuspäraselt. Puudusid ilmsed tõendid selle kohta, et sellel puudus sündmuste horisont (piirkond, millest kaugemale valgus ei pääse) ja see ei kaldunud dramaatiliselt juusteta teoreemist, ütles Isi.
Kuid teadlased ei saanud paljudes nendes punktides eriti kindel olla, eriti juusteta teoreem. Isi sõnul tuli uuritav lainekuju lihtsaim osa pärast seda, kui kaks musta auku ühinesid üheks suuremaks mustaks auku. See helistas mõnda aega, väga nagu löönud kelluke, saates oma liigse energia kosmosesse gravitatsioonilainetena - mida astrofüüsikud nimetavad "helindamise" protsessiks.
Sel ajal märkasid LIGO andmeid vaadanud teadlased ringluses vaid ühte lainekuju. Teadlaste arvates kulub aastakümnete vältel piisavalt tundlike instrumentide väljatöötamiseks, et kõik vaiksemad ülatoonid ringlusse võtta. Kuid üks Isi kolleegidest, California tehnikainstituudi füüsik Matt Giesler, arvas, et vahetult pärast kokkupõrget oli lühike periood, kus ringlemine oli piisavalt intensiivne, et LIGO salvestas tavapärasest detailsemalt. Ja neil hetkedel oli laine piisavalt vali, et LIGO tõstis ümarlaua - teise laine teistsugusel sagedusel, väga sarnaselt nõrkade sekundaarsete nootidega, mida kantakse kõlava kella helis.
Muusikariistades kannavad ülatoonid enamus teavet, mis annavad instrumentidele nende eristatavad helid. Sama kehtib ka gravitatsioonilaine ülatoonide kohta, ütles ta. Ja see äsja katmata ülatoon selgitas palju heliseva musta augu andmeid, ütles Isi.
Tema sõnul näitas see, et must auk oli vähemalt Kerri musta augu lähedal. Juusteta teoreemi abil saab ennustada, milline ülemtoon välja näeb; Isi ja tema meeskond näitasid, et üledoon vastas sellele ennustusele üsna täpselt. Üledooni lindistamine polnud aga kuigi selge, nii et on siiski võimalik, et toon oli mõnevõrra erinev - umbes 10% - sellest, mida teoreem ennustaks ...
Selle täpsusastme ületamiseks tuleb tema sõnul musta augu kokkupõrke lainekujust eraldada selgem ülatoon või ehitada tundlikum instrument kui LIGO, ütles Isi.
"Füüsika eesmärk on saada lähemale ja lähemale," sõnas Isi. "Kuid te ei saa kunagi kindel olla."
On isegi võimalik, et ülatoonist saadud signaal pole tõeline, vaid see on juhuslik andmete juhusliku kõikumise tõttu. Nad teatasid "3,6σ usaldusest" ülemtoonide olemasolus. See tähendab, et on umbes üks-6,300 tõenäosust, et ületoon ei ole musta augu tõeline signaal.
Instrumentide täiustamisel ja gravitatsiooniliste lainete tuvastamisel peaksid kõik need arvud muutuma enesekindlamaks ja täpsemaks, ütles Isi. LIGO on juba läbi teinud uuendusi, mis on muutnud musta augu kokkupõrke tuvastamise üsna rutiinseks. Teine ajakohastamine, mis on kavandatud 2020. aasta keskpaigaks, peaks füüsikamaailma andmetel selle tundlikkust kümme korda suurendama. Kui kosmosepõhine laserinterferomeetri kosmoseantenn (LISA) käivitatakse 2030-ndate aastate keskel, peaksid astronoomid suutma kinnitada mustade aukude karvutust kindlusastmeni, mida tänapäeval pole võimalik.
Isi ütles, et alati on võimalik, et mustad augud pole täiesti kiilas - neil võib olla mõni kvant virsiku fuzz, mis on lihtne, liiga pehme ja lühike, et meie instrumendid üles korjaksid.
