Potvrdené: Gravitačné vlny definitívne potvrdzujú Hawkingov teorém o čiernych dierach

Pozorovanie extrémne silnej zrážky čiernych dier potvrdilo 50-ročnú teóriu Stephena Hawkinga o ich splynutí. Prelomové zistenie umožnili gravitačné vlny zachytené observatóriom LIGO.

Hawkingova teória o ploche čiernych dier z roku 1971 hovorí, že pri splynutí dvoch čiernych dier nemôže byť plocha horizontu udalostí výslednej čiernej diery menšia ako súčet plôch horizontov udalostí pôvodných čiernych dier. Horizont udalostí je hranica, za ktorou už ani svetlo neunikne gravitácii čiernej diery. Teória odráža druhý termodynamický zákon, ktorý hovorí, že entropia (neusporiadanosť) v systéme nikdy neklesá.

Zrážky čiernych dier vytvárajú vlnenie časopriestoru, ktoré sa šíri vesmírom rýchlosťou svetla. Tieto gravitačné vlny zachytáva päť observatórií po celom svete, vrátane LIGO (USA), Virgo (Taliansko), KAGRA (Japonsko) a GEO600 (Nemecko), ktoré spolupracujú v rámci medzinárodného tímu LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).

Zrážka označená ako GW250114 bola takmer identická s prvou detegovanou zrážkou z roku 2015. V oboch prípadoch išlo o čierne diery s hmotnosťou 30-40 násobku hmotnosti Slnka, vzdialené približne 1,3 miliardy svetelných rokov. Vďaka vylepšeným detektorom LIGO, ktoré mali trikrát vyššiu citlivosť ako v roku 2015, bolo možné vlny zachytiť s nebývalou presnosťou. Výpočty potvrdili, že plocha horizontu udalostí bola po zrážke väčšia, ako predpovedá Hawkingova teória. Pôvodná štúdia z roku 2021 podporila teóriu s 95% istotou, ale nová analýza ju zvyšuje na 99,999 %.

Komentár redakcie: Tieto objavy otvárajú dvere novému výskumu v oblasti kvantovej gravitácie, ktorá by mala spojiť všeobecnú teóriu relativity a kvantovú fyziku. Vedci očakávajú, že v budúcnosti, s rastúcou citlivosťou prístrojov, môžu nastať odchýlky od súčasných teórií, čo povedie k ďalším prelomovým objavom.

Laura Nuttall z University of Portsmouth, členka tímu LVK, vysvetľuje, že zrážky čiernych dier vytvárajú gravitačné vlny s „alikvotnými tónmi“, podobne ako zvon. Predtým tieto tóny zanikali príliš rýchlo na to, aby sa dali zreteľne pozorovať a vypočítať plochy horizontov udalostí pred a po zrážke. Zo stoviek zaznamenaných zrážok za posledných 10 rokov bola práve GW250114 najsilnejšia a najčistejšia, dvakrát hlasnejšia ako akákoľvek predtým detegovaná gravitačná vlna.

Len LIGO bol v prevádzke, keď vlny z GW250114 dorazili na Zem, čo obmedzilo presné určenie ich pôvodu na oblohe. Avšak, vylepšenia detektorov LIGO a plánované nové observatóriá sľubujú ešte vyššiu citlivosť a hlbšie prenikanie do fyziky čiernych dier. Získané dáta tiež potvrdili rovnice matematika Roya Kerra zo 60. rokov, ktoré hovoria, že čierne diery sú definované len dvoma parametrami: hmotnosťou a rotáciou.