Unde gravitaţionale rezultate din coliziunea a două găuri negre, detectate simultan de două observatoare

Acest fenomen, denumit oficial GW170814, a fost observat de Detectorul de unde gravitaționale Virgo din Italia și de Observatorul american LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Este pentru prima oară când este detectat un astfel de fenomen simultan de două observatoare.

LIGO a intrat în istorie în 2016, atunci când a anunțat în premieră detectarea undelor gravitaționale; acesta este cel de-al patrulea astfel de eveniment detectat de LIGO.

Observatoarele LIGO și Virgo au detectat semnalul acestor unde gravitaționale pe 14 august. Cele două găuri negre care s-au ciocnit au mase de aproximativ 31 de ori și respectiv 25 de ori mai mari decât masa Soarelui. După fuziune, cele două au generat o gaură neagră de aproximativ 53 de mase solare (o parte din masa celor două a fost transformată în energie și s-a propagat prin spațiu sub forma undelor gravitaționale). Cele două găuri negre care s-au ciocnit și gaura neagră rezultată în urma ciocnirii sunt în aceeași categorie de masă cu găurile negre detectate anterior de LIGO.

Virgo și LIGO au transmis alerte către alte 25 de observatoare, printre care și telescoape în spectrul vizibil al luminii, care au fost îndreptate spre zona de proveniență a semnalului. Faptul că acest semnal a fost detectat de Virgo și LIGO concomitent a ușurat identificarea zonei din Univers de unde provine. Regiunea de cer în care s-a produs fenomenul GW170814 are doar 60 de grade pătrate, conform cercetătorilor din echipa Virgo, adică localizarea acestui fenomen este de 10 ori mai exactă decât ar fi fost posibil dacă undele ar fi fost detectate doar de LIGO.

Alte articole

Un vortex cuantic a fost creat pentru a desluși modul în care găurile negre provoacă deformări ale spațiului și timpului

Undele gravitaționale reprezintă un concept lansat de Albert Einstein în 1916, în celebra sa Teorie a Relativității Generale, despre care nu existau până anul trecut decât dovezi indirecte. Undele gravitaționale sunt fluctuații în curbura spațiu-timp care se propagă ca niște unde, cu viteza luminii. Einstein a demonstrat că spațiul nu este un vid în care se produc diferite fenomene cosmice, ci mai degrabă o țesătură pe care a denumit-o spațiu-timp, ce este deformată de gravitație. În Teoria Relativității Generale, Einstein a oferit o descriere detaliată a modului în care ar trebui să se comporte undele gravitaționale. După detectarea primelor astfel de unde de observatorul LIGO, oamenii de știință au putut să verifice în sfârșit teoria lui Einstein. Celebrul fizician a avut, încă o dată, dreptate.

Orientarea observatorului Virgo și orientările celor două detectoare din cadrul LIGO, din Louisiana și Washington, le-au permis oamenilor de știință să observe cum se propagă aceste unde gravitaționale prin cele trei dimensiuni ale continuului spațiu-timp — ceea ce oamenii de știință numesc polaritatea undelor gravitaționale, conform lui Frédérique Marion, cercetător francez din cadrul observatorului Virgo.

„Aceasta a fost prima noastră oportunitate de a verifica această proprietate fundamentală a undelor gravitaționale. Analiza semnalului detectat indică faptul că respectă nivelul de polarizare permis de teoria lui Einstein”, a declarat el.

LIGO și Virgo caută undele gravitaționale urmărind modul în care acestea afectează textura spațiu-timp: atunci când trece o astfel de undă, ea întinde spațiul într-o direcție și îl strânge în alta, pe direcție perpendiculară. Cele două observatoare folosesc interferometre pentru a detecta aceste mici fluctuații în spațiu-timp. Un astfel de dispozitiv desparte în două o singură rază laser și trimite ambele raze rezultate în direcții diferite, perpendiculare însă una pe cealaltă (formând un „L”).

Cele două raze rezultate străbat distanțe egale în cadrul experimentului, se lovesc de niște oglinzi și se întorc spre sursă. Dacă acest sistem experimental nu este perturbat de factori externi (în acest caz de undele gravitaționale), ele sunt perfect aliniate la revenire. Însă intersectarea cu o undă gravitațională poate modifica distanța străbătută de laser, pe fiecare dintre cele două brațe aflate în unghi drept.

La fel ca și lumina, gravitația se propagă prin spațiu sub formă de unde, însă nu este o radiație. În cazul gravitației, spațiul însuși este distorsionat, fiind întins și strâns de undele gravitaționale. Detectarea undelor gravitaționale a necesitat măsurarea razelor laser proiectate pe o distanță de 4 kilometri cu o precizie de ordinul a 1/10.000 din diametrul unui proton.

Descoperirile care confirmă existența undelor gravitaționale deschid o nouă cale de a observa Universul. Spre exemplu, dacă vor fi detectate undele gravitaționale generate de explozia primordială, Big Bang, vor oferi noi informații despre modul de formare a Universului. Astfel de unde, extraordinar de puternice, se formează și atunci când explodează stele în stadiul de supernove sau atunci când pulsează stele neutronice extraordinar de masive. Detectarea acestor unde poate oferi noi informații despre obiectele și evenimentele cosmice care le produc.

Dovezile concrete ale existenței undelor gravitaționale deschid o nouă eră pentru discipline precum fizica sau astronomia. „Ținând cont de faptul că undele gravitaționale nu interacționează direct cu materia (spre deosebire de radiația electromagnetică, spre exemplu), ele se propagă prin Univers nestingherite și pot oferi o imagine de ansamblu asupra întregului cosmos”, conform echipei LIGO. Astfel de unde „ar trebui să transporte informația nealterată cu privire la originea lor, spre deosebire de radiația electromagnetică care este distorsionată de-a lungul distanțelor de milioane de ani lumină pe care le străbate prin spațiu”.

Citetşe şi Turbulenţe în Univers. O gaură neagră a „zburat” din centrul galaxiei sale