Cum pot „vedea” undele gravitaționale în interiorul găurilor negre?

Găurile negre sunt unele dintre cele mai misterioase obiecte din Univers. Iar asta se explică parțial prin faptul că, ecuațiile relativității generale pe care le folosim ca să le înțelegem, se prăbușesc atunci când studiem centrele ultra-dense. Totuși, astronomii ar putea să depășească această provocare într-o zi, folosind undele gravitaționale ca să „vadă” în interiorul găurilor negre care fuzionează și să afle din ce sunt făcute cu adevărat.

Teoria generală a relativității a lui Albert Einstein spune că găurile negre sunt obiecte care împiedică lumina să iasă din cauza gravitației lor extrem de puternice. Limita unei găuri negre este, de asemenea, cunoscută ca orizontul evenimentelor. Dacă treci dincolo de acest prag, nu vei reuși să ieși niciodată.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Relativitatea prezice și faptul că centrele găurilor negre sunt puncte ale unor densități infinit de înalte, cunoscute drept singularități, conform Live Science.

Există o teorie completă a gravitației?

Prezența singularităților înseamnă că ecuațiile în sine se prăbușesc; în matematică încep să apară infinități care împiedică continuarea calculelor. Aflăm astfel că relativitatea generală este incompletă. Trebuie să existe o teorie fundamentală, legată probabil de domeniul fizicii cuantice a scalei subatomice, care să poată descrie corespunzător ce anume se întâmplă în centrul unei găuri negre.

Astronomii spun că nu avem încă o teorie cuantică completă a gravitației, dar că există mai multe supoziții. De exemplu, există teoria corzilor, care prezice că toate particulele din Univers sunt, de fapt, alcătuite din corzi vibrante ultra-minuscule. Există, de asemenea, gravitația cuantică cu bucle, care spune că spațiul-timp este format din bucăți mici, indivizibile, precum pixelii de pe ecranul unui computer.

Poți scăpa întotdeauna din preajma unei găuri negre, atât timp cât ai suficientă viteză

Ambele abordări pot înlocui singularitatea tradițională din centrul unei găuri negre cu altceva. Dar atunci când singularitatea este înlocuită, de obicei este eliminat și orizontul evenimentelor. Acest lucru se explică prin ideea că orizontul evenimentelor este cauzat de atracția gravitațională infinită a singularității.

Fără singularitate, atracția gravitațională este doar incredibil de puternică, dar nu infinită, astfel încât poți scăpa întotdeauna din vecinătatea unei găuri negre, atât timp cât ai suficientă viteză.

Misterul găurilor negre

Având în vedere că cele mai apropiate găuri negre cunoscute se află la mii de ani-lumină distanță, este greu ca aceste modele să fie testate. Dar, ocazional, găurile negre ne trimit informații importante, în special atunci când acestea fuzionează. Astfel, atunci când se contopesc, găurile negre eliberează valuri de unde gravitaționale, care sunt ondulații în spațiu-timp și care pot fi detectate cu ajutorul unor instrumente sensibile de pe Pământ.

Până în prezent, toate observațiile privind fuziunile găurilor negre sunt în concordanță cu modelul găurii negre de vanilie prezis de relativitatea generală. Dar acest lucru s-ar putea schimba în viitor, pe măsură ce noi generații de observatoare de unde gravitaționale vor fi puse în funcțiune, sugerează o lucrare publicată recent în serverul preprint arXiv.

Cheia nu o reprezintă undele gravitaționale emise în timpul fuziunii în sine, cât acele unde emise chiar ulterior procesului, potrivit studiului. Când fuziunea s-a terminat și cele două găuri negre devin un singur obiect, noua masă fuzionată vibrează cu o cantitate intensă de energie, ca un clopot bătut.

Cercetătorii ar putea într-o zi să poată spune care teorii privind găurile negre se susțin și care nu. Fiecare model de gaură neagră prezice diferențe în ceea ce privește undele gravitaționale emise în timpul fazei de coborâre, care provin din diferențe în structura interioară a găurii negre. În cazul unor structuri diferite ale găurilor negre, se emit diferite tipuri de unde gravitaționale.

Vă mai recomandăm și: 

Două găuri negre s-au unit întâmplător și au creat ceva nemaivăzut până acum

Iluzia optică a unei găuri negre îi face pe oameni să se simtă înghițiți

Astronomii au descoperit cea mai rapidă stea care călătorește în jurul unei găuri negre

Detectoarele de unde gravitaţionale ale LIGO vor primi o ”îmbunătăţire cuantică” care le va face mult mai eficiente