Kiedy daleko w przestrzeni kosmicznej zderzyły się ze sobą dwie gwiazdy neutronowe, wywołały potężne wstrząsy we Wszechświecie – fale grawitacyjne. Na Ziemi zostały one wykryte w 2017 roku. Teraz, przeglądając dane z tej detekcji, fizycy z University of Waterloo wykryli potencjalne echa fal grawitacyjnych, co sugeruje, że horyzont zdarzeń i sama natura czarnych dziur może być bardziej skomplikowana niż się obecnie sądzi.

Czarne dziury są niezwykle skompresowanymi obszarami czasoprzestrzeni otoczonymi horyzontami zdarzeń i zgodnie z ogólną teorią względności, nic, co przekroczy horyzont zdarzeń nie może uciec grawitacji czarnej dziury – żadne światło, energia ani materia. Do tej pory wszystkie zebrane przez naukowców dane dotyczące czarnych dziur wspierały ten model.

 

Promieniowanie Hawkinga

Trochę zamieszania na tym polu wprowadził Stephen Hawking, który w latach 70. napisał serię artykułów sugerujących, że granice czarnych dziur nie są takie, jak nam się wydaje. Według tej koncepcji, coś jednak może uciec zza horyzontu zdarzeń. Fizyk korzystając z mechaniki kwantowej zaproponował, że pewne cząstki kwantowe mogłyby wyciekać z czarnych dziur – tzw. promieniowanie Hawkinga.

I tutaj pojawiają się ostatnie analizy naukowców z University of Waterloo. Wykryli oni potencjalne echa w falach grawitacyjnych w danych zarejestrowanych przez detektory LIGO i Virgo w 2017 roku po zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych. Jak stwierdzili, echa te mogły być spowodowane mikroskopijnym „szumem” kwantowym otaczającym nowo powstałe czarne dziury.

– Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, nic nie jest w stanie uciec spod wpływu grawitacji czarnej dziury po przejściu przez punkt bez powrotu, znany jako horyzont zdarzeń – wyjaśnił Niayesh Afshordi z University of Waterloo. – Tak naukowcy sądzili przez długi czas, dopóki Stephen Hawking nie zastosował mechaniki kwantowej i przewidział, że cząstki kwantowe będą powoli wyciekać z czarnych dziur, w postaci promieniowania Hawkinga – dodał.

 

Echo fal grawitacyjnych

Ale tego, czy coś faktycznie wydostaje się z czarnych dziur, nikt dotychczas nie potwierdził. – Naukowcy nie byli w stanie eksperymentalnie ustalić, czy jakaś materia ucieka z czarnych dziur, aż do niedawnego wykrycia fal grawitacyjnych. Jeśli kwantowa „szum” odpowiedzialny za promieniowanie Hawkinga rzeczywiście istnieje wokół czarnych dziur, fale grawitacyjne mogłyby się od niego odbić, co wytworzyłoby mniejsze sygnały fal grawitacyjnych po głównym zdarzeniu, tworząc coś w rodzaju echa – powiedział Afshordi.

Afshordi wraz ze swoim kolegą Jahedem Abedim z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech, współautorem badań, ogłosili na łamach pisma „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics” pierwsze, wstępne wyniki swoich analiz, które wskazują na właśnie taki rodzaj powtarzającego się echa. Może to być eksperymentalny dowód na to, że czarne dziury mogą się radykalnie różnić od przewidywań ogólne teorii względności Einsteina. Być może nawet nie posiadają horyzontów zdarzeń.

Na wysnucie takich wniosków pozwoliła detekcja fal grawitacyjnych GW170817. Echa obserwowane przez naukowców pasują do symulowanych ech przewidywanych przez modele czarnych dziur, które uwzględniają efekty mechaniki kwantowej i promieniowania Hawkinga.

– Nasze wyniki wciąż są niepewne. Nadal istnieje niewielka szansa, że ​​to, co widzimy, jest spowodowane przypadkowym hałasem w detektorach. Prawdopodobieństwo to się zmniejszy, gdy znajdziemy więcej podobnych sygnałów – powiedział Afshordi. – Teraz, gdy naukowcy wiedzą, czego szukać, możemy znaleźć więcej przykładów i uzyskać o wiele bardziej solidne potwierdzenie naszej koncepcji. Takie potwierdzenie byłoby pierwszym bezpośrednim dowodem kwantowej struktury czasoprzestrzeni – dodał.

 

Środowisko naukowe sceptyczne

Dane z detektorów fal grawitacyjnych są trudne do prawidłowej interpretacji i podatne na fałszywe wyniki. Fala grawitacyjna odbijająca się od kwantowego „szumu” wokół czarnej dziury byłaby czymś zupełnie nowym. Afshordi przyznał, że w bezpośrednim następstwie fuzji dwóch gwiazd neutronowych, ten „szum” powinien być na tyle intensywny, aby odbijać fale grawitacyjne tak, by istniejące detektory mogły to zarejestrować.

Joey Neilsen z Villanova University w Pensylwanii komentując publikację przyznał, że wyniki są bardzo interesujące. Jednak dodał, że potrzeba więcej danych z większej ilości detekcji. – Nie mamy pojęcia, co pozostało po pierwotnym połączeniu dwóch gwiazd neutronowych. Czy od razu powstała czarna dziura, czy też był jakiś egzotyczny, krótkotrwały obiekt pośredni? – oznajmił Neilsen.

Z kolei Maximiliano Isi z MIT sceptycznie odniósł się do publikacji. – To nie pierwsze twierdzenie o takiej naturze czarnych dziur pochodzące od tej grupy badaczy. Niestety inni uczeni nie byli w stanie uzyskać podobnych wyników i to nie z powodu braku prób – powiedział.

Afshordi z kolei zaznaczył, że te badania mają taką zaletę, że są oparte o znacznie bardziej niezawodne modele do wykrywania słabszych ech. – Odkrycie, które zgłosiliśmy ma szansę na fałszywy alarm w przybliżeniu 2 na 100 000 – podkreślił.

 

 

ŹródłoUniversity of WaterlooLive Science

 

0 0 vote
Article Rating