2017'de, yerçekimi dalgası Dünya'nın bir çanının açık tonu gibi çaldı. Uzay bölgemizden geçerken gezegendeki her insanı, karınca ve bilimsel enstrümanı gerdi ve ezdi. Şimdi, araştırmacılar geri döndü ve bu dalgayı incelediler ve içinde gizli veriler buldular - onlarca yıllık astrofizik fikrini doğrulamaya yardımcı olan veriler.
Bu 2017 dalgası büyük bir şeydi: İlk kez, gökbilimciler, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) olarak bilinen, geçtiğinde algılayabilen ve kaydedebilen bir araca sahipti. Bu ilk dalga uzayda birbirinden kopan iki kara deliğin sonucuydu. Ve şimdi, bir astrofizik ekibi, kayda bir kez daha baktı ve başkalarının ortaya çıkarmak için onlarca yıl alacağını düşündüğü bir şey buldu: "saçsız teoremi" nin kesin doğrulaması. Kara delik teorisinin bu önemli yönü, en azından 1970'lere dayanır - Stephen Hawking'in ünlü olduğundan şüphelenilen bir teorem.
Fizikçiler kara deliklerin "saçı" olmadığını söylediğinde, MIT'de bir fizikçi olan ve makalenin baş yazarı Maximiliano Isi, astrofiziksel nesnelerin çok basit olduğu anlamına geliyor. Kara delikler birbirinden sadece üç şekilde farklıdır: sıkma oranı, kütle ve elektrik yükü. Ve gerçek dünyada, kara delikler muhtemelen elektrik yükünde çok fazla farklılık göstermez, bu yüzden gerçekten sadece kütle ve spin açısından farklılık gösterirler. Fizikçiler bu kel nesnelere "Kerr kara delikleri" diyorlar.
Bu tüysüzlük kara delikleri evrendeki diğer tüm nesnelerden çok farklı kılıyor, diyor Ii Canlı Bilim'e. Örneğin, gerçek bir zil çaldığında ses dalgaları ve bazı saptanamayan, inanılmaz derecede zayıf yerçekimi dalgaları yayar. Ama bu çok daha karmaşık bir nesne. Bir çan örneğin bir malzemeden yapılır (bronz belki veya dökme demir), saçsız modele göre kara deliklerin hepsi tekdüze tekilliktir. Her çan da biraz benzersiz bir şekle sahipken, kara deliklerin tümü küresel olay ufuklarıyla çevrelenmiş uzaydaki sonsuz, boyutsuz noktalardır. Bir çanın tüm bu özellikleri, bir çanın yaptığı sesle algılanabilir - en azından çan ve ses dalgaları hakkında bir şeyler biliyorsanız. Bir şekilde bir zilin yerçekimi dalgalarını hissedebilseydiniz, çan kompozisyonu ve içindeki şekil farklılıklarını da tespit edersiniz, dedi Isi.
"Tüm bu işin sırrı, bu germe ve sıkmanın paterni olan dalga formunun kaynak ile ilgili bilgileri, bu kütleçekim dalgasını yapan şeyi kodlamasıdır."
2017 dalgasını inceleyen gökbilimciler, ortaya çıkan kara delik çarpışması hakkında çok şey öğrendiler.
Ancak kayıt zayıftı ve çok ayrıntılı değildi. Dünyanın en iyi kütleçekimsel dalga detektörü olan LIGO, Washington eyaletinde bir L-deseninde 2,5 mil (4 kilometre) mesafeli aynalar arasındaki mesafeleri ölçmek için bir lazer kullandı. (Başak, benzer bir dedektör, İtalya'daki dalgayı da aldı.) Dalga LIGO'nun üzerine geldiğinde, uzay-zamanın kendisini çarptı ve bu mesafeyi çok az değiştirdi. Ancak bu graviational dalganın ayrıntıları dedektörlerin kayıt yapması için yeterince yoğun değildi.
“Ama sanki çok uzaktan dinliyoruz,” dedi Isi.
O zaman, bu dalga çok fazla bilgi sundu. Kara delik beklendiği gibi davrandı. Isi, bir olay ufkundan (ötesinde ışığın kaçamayacağı bölge) eksik olduğuna dair açık bir kanıt olmadığını ve saçsız teoremden önemli ölçüde sapmadığını söyledi.
Ancak araştırmacılar bu noktaların çoğundan, özellikle saçsız teoremden çok emin olamadılar. Dalga formunun çalışılacak en basit kısmının, Ii, iki kara deliğin daha büyük bir kara deliğe birleşmesinden sonra geldiğini söyledi. Bir süre çalmaya devam etti, tıpkı vurulmuş bir çan gibi, fazla enerjisini uzaya yerçekimi dalgaları olarak - astrofizikçilerin "zil" süreci olarak adlandırdığı şeye gönderdi.
O zaman, LIGO verilerine bakan araştırmacılar, ringdown'da sadece bir dalga formunu tespit ettiler. Araştırmacılar, zil sesindeki daha sessiz tonları alacak kadar hassas enstrümanlar geliştirmenin onlarca yıl alacağını düşündüler. Ancak, Isi'nin meslektaşlarından biri, California Teknoloji Enstitüsü'nden bir fizikçi olan Matt Giesler, çarpışmadan hemen sonra, zil sesinin LIGO'nun normalden daha fazla ayrıntı kaydettiği kadar yoğun olduğu kısa bir süre olduğunu anladı. Ve o anlarda dalga, LIGO'nun bir ton tonu alacak kadar yüksekti - farklı bir frekansta ikinci bir dalga, tıpkı vurulmuş bir çan sesiyle taşınan hafif ikincil notalar gibi.
Müzik enstrümanlarında, ses tonları enstrümanlara ayırt edici sesler veren bilgilerin çoğunu taşır. Aynısı, yerçekimi dalgasının tonları için de geçerlidir. Isi, bu yeni ortaya çıkarılan aşırı tonun, çınlayan kara delikteki verileri büyük ölçüde açıkladığını söyledi.
Kara deliğin en azından Kerr kara deliğine çok yakın olduğunu gösterdi. Saçsız teoremi, ton tonunun nasıl görüneceğini tahmin etmek için kullanılabilir; Isi ve ekibi, aşırı tonun bu tahminle hemen hemen eşleştiğini gösterdi. Ancak, ton tonunun kaydı çok net değildi, bu yüzden tonun teoremin tahmin edeceği şeyden - yaklaşık% 10 oranında - biraz farklı olması hala mümkün…
Isi, bu hassasiyet seviyesinin ötesine geçmek için bir kara delik çarpışmasının dalga formundan daha net bir ton almanız veya LIGO'dan daha hassas bir alet oluşturmanız gerektiğini söyledi.
"Fizik gittikçe yaklaşmakla ilgili," dedi Isi. "Ama asla emin olamazsın."
Aşırı tondan gelen sinyalin gerçek olmadığı, ancak verilerin rastgele dalgalanmaları nedeniyle sadece şansla meydana geldiği bile mümkündür. Aşırı tonun varlığında "3.6σ güven" bildirdiler. Bu, taşının karadelikten gerçek bir sinyal olmama olasılığı yaklaşık 6.300'de 1 arada.
Aletler iyileştikçe ve daha fazla yerçekimi dalgaları tespit edildiğinde, bu sayıların hepsinin daha güvenli ve kesin olması gerektiğini söyledi. LIGO, kara delik çarpışmalarını oldukça rutin hale getiren yükseltmelerden geçti. Fizik Dünyasına göre, 2020'nin ortalarında yapılması planlanan bir başka iyileştirme de hassasiyetini on katına çıkarmalı. Uzay temelli Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA) 2030'ların ortalarında piyasaya sürüldüğünde, gökbilimciler kara deliklerin tüysüzlüğünü bugün imkansız olan kesinlik derecelerine kadar doğrulayabilmelidir.
Bununla birlikte, Isi, kara deliklerin tamamen kel olmamasının her zaman mümkün olduğunu söyledi - enstrümanlarımızın alması için çok yumuşak ve kısa olan kuantum şeftali tüylerine sahip olabilirler.
