Fale grawitacyjne, przewidziane teoretycznie przez Alberta Einsteina, zostały wychwycone przez detektory LIGO, a ich odkrycie było ogromnym sukcesem nauki. Teraz badacze idą krok dalej: rejestrują "szum" fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości, który niesie informacje o orbitujących supermasywnych czarnych dziurach i zmianach w strukturze wszechświata. Wszystko to mówi nam więcej nie tylko o czarnych dziurach, ale także i wpływie, jaki mają one na rozwój galaktyk i struktur w kosmosie.
Pierwsze wykrycia fal grawitacyjnych w 2015 roku związane były z kolizjami czarnych dziur o masach nieco większych od Słońca. Były to fale o wysokiej częstotliwości i krótkiej długości, przechodzące przez detektory tak szybko, że ich wykrycie było niezmiernie trudne. To, co robimy teraz, dotyczy czegoś znacznie większego – szumu o długiej fali, emitowanego przez pary supermasywnych czarnych dziur, miliony razy masywniejszych niż Słońce. Długości owych fal wynoszą... nawet jeden rok świetlny — ich zarejestrowanie wymaga długotrwałych obserwacji.
Do wykrycia fal nie użyto interferometrów laserowych, jak w przypadku LIGO, lecz wykorzystano dużo bardziej przydatne w owym zastosowaniu tzw. pulsar timing arrays. To sieci radioteleskopów, śledzących rytmiczne emisje fal radiowych z pulsarów – czyli szybko rotujących gwiazd neutronowych. Fale grawitacyjne minimalnie zmieniały czas nadejścia tych sygnałów, pozwalając naukowcom na ich analizę. Radioteleskop MeerKAT w RPA wsławił się tu bardzo precyzyjnymi pomiarami, porównywalnymi z wynikami zgromadzonymi przez 15 lat w ramach współpracy NANOGrav. MeerKAT uzyskał wyniki w zaledwie 4,5 roku — wszystko dzięki wysokiej czułości instrumentu.
Nowo wykryty sygnał sugeruje, że supermasywne czarne dziury są bardziej rozpowszechnione, niż dotychczas sądzono, a może nawet są dużo masywniejsze, niż przypuszczaliśmy do tej pory. Co ciekawe, sygnał wydaje się być nieco silniejszy na południowej półkuli nieba, co może wskazywać na istnienie pobliskiego silnego źródła fal grawitacyjnych. Niektóre z tych układów mogą krążyć wokół siebie przez tysiące lat, zanim się połączą — to jednocześnie i wyzwanie i... okazja na ich długotrwałe badanie.
Badacze mają kilka problemów do rozwiązania przy okazji swoich odkryć. Wychodzi na to, że nie wszystko "spina" się z ich przypuszczeniami oraz podbudową teoretyczną. Na pierwszy plan wychodzi sygnał silniejszy, niż przypuszczano – czy istnieją nieznane mechanizmy generowania fal grawitacyjnych? Możliwe, że istnieje więcej par supermasywnych czarnych dziur niż dotąd zakładano, albo że generują one silniejsze sygnały. Zastanawia też stopniowe wzrastanie sygnału – czy wpływa na to ruch Układu Słonecznego w kierunku nieznanego źródła fal? Jeśli sygnał narasta, może to oznaczać, że w pobliżu naszego Układu Słonecznego znajduje się źródło fal grawitacyjnych, które dopiero zaczynamy dostrzegać.
No i jeszcze swego rodzaju asymetria wspomnianego szumu – czy "hot-spot" na półkuli południowej to efekt anomalii statystycznej, czy rzeczywista koncentracja masywnych czarnych dziur na pewnym obszarze nieba? Jeśli tak, może to oznaczać, że jakaś para supermasywnych czarnych dziur znajduje się relatywnie blisko naszej galaktyki i znacząco wpływa na detekcję sygnałów.
Astronomowie mają nadzieję, że nadchodzące lata przyniosą odpowiedzi na wspomniane pytania. W 2027 roku ma ruszyć Square Kilometer Array – to gigantyczna sieć radioteleskopów w RPA i Australii, która umożliwi bezpośrednie obserwacje par supermasywnych czarnych dziur. Możliwe, że zamiast ogólnego szumu fal grawitacyjnych zaczniemy rejestrować konkretne układy czarnych dziur w ujęciu ich intensywnej ewolucji.
Lepsza czułość przyszłych detektorów może pozwolić na jeszcze dokładniejsze poznanie mechanizmów rządzących wszechświatem. Być może uda się nawet wykryć indywidualne systemy czarnych dziur w trakcie ich powolnego zbliżania się ku sobie. Astronomia w kontekście fal grawitacyjnych stanie się nie tylko metodą badania przeszłości wszechświata, ale także sposobem na przewidywanie przyszłych kolizji obiektów w kosmosie.
Czytaj więcej: Czarne dziury mkną przez Drogę Mleczną. Czy nam zagrażają?
Odkrycia związane z falami grawitacyjnymi to kolejny krok w kierunku rozwikłania zagadek czarnych dziur. Już teraz wiemy, że wszechświat nieustannie "tętni" w rytmie dziejących się tam kolizji, a przyszłe badania mogą ujawnić jeszcze więcej tajemnic jego struktury i ewolucji. Czy w najbliższych dekadach naukowcy będą w stanie wychwycić nawet samotne czarne dziury? Być może. Wszystkie te pomiary będą niesamowicie istotne dla rozwijania się zarówno teorii, jak i doświadczeń dotyczących zarówno przestrzeni, jak i czasu.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
