Naukowcy potwierdzili ogólną teorię względności Alberta Einsteina, wykrywając najpotężniejszą zarejestrowaną do tej pory falę grawitacyjną, nazwaną GW250114. To wydarzenie, spowodowane zderzeniem dwóch czarnych dziur o masach 30 mas Słońca, oddalonych o 1,3 miliarda lat świetlnych, jest jak dotąd najsilniejszym dowodem potwierdzającym stuletnią teorię Einsteina.
Rygorystyczne testy z niespotykaną dotąd przejrzystością
Fala grawitacyjna została wykryta przez amerykańskie obserwatorium fal grawitacyjnych z interferometrem laserowym (LIGO) 14 stycznia 2025 r. Tym, co czyni ten sygnał wyjątkowym, jest jego wyjątkowa klarowność: około trzy razy większa niż historyczna detekcja z 2015 r., która po raz pierwszy potwierdziła istnienie fal grawitacyjnych. Ta zwiększona precyzja pozwoliła na dokładniejsze niż kiedykolwiek wcześniej przetestowanie przewidywań Einsteina.
Kluczową rolę odegrała poprawa czułości detektora osiągnięta w ciągu dziesięciu lat ulepszeń mających na celu redukcję szumów pochodzących ze źródeł takich jak aktywność sejsmiczna. Przyrządy są w stanie mierzyć zniekształcenia czasoprzestrzeni 700 bilionów razy mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa.
„Rozpad” czarnej dziury stanowi dalsze potwierdzenie
Po połączeniu powstała czarna dziura „dzwoniła” przez krótki czas, wibrując niczym uderzony dzwon. Faza ta emituje charakterystyczne wzory fal grawitacyjnych („tony”), które kodują masę i spin czarnej dziury. W GW250114 badacze odkryli dwa podstawowe tony przewidywane przez ogólną teorię względności, przy czym oba pomiary idealnie się zgadzają, co wzmacnia dokładność teorii.
Po raz pierwszy naukowcy zidentyfikowali także subtelny „wydźwięk” przewidziany w równaniach Einsteina, który pojawił się na początku rozpadu. To potwierdzenie dodatkowo wzmacnia dowody na rzecz ogólnej teorii względności. Jakakolwiek rozbieżność wymagałaby rewizji naszego podstawowego rozumienia grawitacji.
Prawo obszarowe Hawkinga również zostaje potwierdzone
Poprzednie analizy GW250114 potwierdziły inną ważną prognozę: prawo pola Hawkinga, które stwierdza, że powierzchnia czarnej dziury nigdy nie może się zmniejszyć. Łączna powierzchnia oryginalnych czarnych dziur wynosiła około 93 000 mil kwadratowych (mniej więcej wielkość Oregonu). Powierzchnia powstałej czarnej dziury wzrosła do 155 000 mil kwadratowych (bliżej wielkości Kalifornii), co jest zgodne z teorią Hawkinga.
Przyszłość badań nad grawitacją
Pomimo ciągłego sukcesu ogólnej teorii względności fizycy przyznają, że jest ona prawdopodobnie niekompletna. Teoria ta nie jest w stanie wyjaśnić ciemnej materii i ciemnej energii ani pogodzić ich z mechaniką kwantową. Mamy nadzieję, że przyszłe detekcje fal grawitacyjnych ujawnią niewielkie odchylenia od przewidywań Einsteina, wskazując na nową fizykę.
Detektory nowej generacji, takie jak planowany Teleskop Einsteina w Europie i Cosmic Explorer w USA, będą dziesięciokrotnie bardziej czułe. Będą wykrywać fale o niższej częstotliwości z bardziej masywnych czarnych dziur, badając zupełnie nowe klasy tych obiektów kosmicznych. Europejska antena kosmiczna interferometru laserowego (LISA), której wystrzelenie zaplanowano na 2035 r., będzie obserwować fale grawitacyjne z supermasywnych czarnych dziur, potencjalnie odsłaniając dziesiątki tonów w wyniku pojedynczego zdarzenia fuzji.
„Żyjemy w czasach, w których nie mamy wystarczającej ilości danych… Kiedy LISA trafi na orbitę, będziemy zasypani informacjami”.
Dzięki dalszemu finansowaniu przyszłe badania nad falami grawitacyjnymi mogą dostarczyć nowych informacji na temat natury grawitacji i wszechświata.
