Hawking miał rację? Naukowcy usłyszeli Wszechświat

14 września 2015 roku naukowcy zarejestrowali sygnał, który na zawsze zmienił sposób patrzenia na kosmos. Ponad miliard lat wcześniej dwie czarne dziury po spirali zbliżały się do siebie, aż w końcu połączyły w jedną. Wstrząs, który powstał w wyniku tej kolizji, rozszedł się w przestrzeni w postaci fal grawitacyjnych – subtelnych drgań czasoprzestrzeni przewidzianych przez Einsteina.

To właśnie detektory LIGO po raz pierwszy zarejestrowały te mikroskopijne zmiany. Odkrycie otworzyło zupełnie nowy rozdział w astronomii: poza światłem i cząstkami naukowcy mogą dziś badać Wszechświat poprzez jego „drgania”.

Od teorii do Nobla

Pierwsze pomysły na stworzenie urządzeń zdolnych do wykrywania fal grawitacyjnych pojawiły się już w latach 70. XX wieku. Po dekadach prac projekt LIGO stał się rzeczywistością, a w 2017 roku Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne otrzymali za ten sukces Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Dziś obserwatoria LIGO w USA, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii tworzą globalną sieć, która co kilka dni rejestruje kolejne kolizje czarnych dziur. Do tej pory wykryto już ponad 300 takich zdarzeń.

Precyzja poza wyobraźnią

Czułość detektorów jest trudna do ogarnięcia. LIGO potrafi mierzyć zmiany mniejsze niż dziesięć tysięcznych szerokości protonu – około 700 bilionów razy mniej niż grubość ludzkiego włosa. Tak ekstremalna dokładność wymagała lat udoskonaleń technologii, w tym zaawansowanej optyki kwantowej i systemów tłumienia drgań.

GW250114 – sygnał, który potwierdził Hawkinga

W styczniu 2025 roku dotarł do nas wyjątkowo czysty sygnał – GW250114. Był wynikiem zderzenia dwóch czarnych dziur, z których każda miała masę około 30–40 Słońc. Dzięki tej obserwacji naukowcy mogli przetestować twierdzenie Stephena Hawkinga z 1971 roku: powierzchnia czarnej dziury nigdy się nie zmniejsza.

Analizy wykazały, że przed fuzją powierzchnia obu obiektów wynosiła łącznie około 240 tys. km², natomiast po połączeniu wzrosła do 400 tys. km². To dowód, że „prawo obszaru” Hawkinga działa w praktyce.

Kosmiczny dzwon i kolejne wyzwania

Po zderzeniu nowa czarna dziura drga niczym uderzony dzwon – fazę tę naukowcy nazywają ringdown. W sygnale GW250114 po raz pierwszy udało się zarejestrować dwa wyraźne „tony” tych oscylacji, które pozwoliły precyzyjnie obliczyć masę, spin i pole powierzchni powstałego obiektu. Teraz badacze próbują znaleźć trzeci ton, który mógłby ujawnić jeszcze więcej informacji o strukturze czasoprzestrzeni.

Sieć detektorów rejestruje także zderzenia gwiazd neutronowych, a nawet par składających się z gwiazdy neutronowej i czarnej dziury. W 2017 roku świat obserwował pierwszy przypadek, gdy zderzeniu towarzyszyło światło, co pozwoliło naukowcom odkryć, jak w kosmosie powstaje złoto i inne ciężkie pierwiastki.

Przyszłość badań fal grawitacyjnych

Nowa generacja instrumentów jest już w planach. W Indiach powstaje kolejna stacja LIGO, w Europie trwają prace nad gigantycznym Teleskopem Einsteina, a w USA rozważany jest projekt Cosmic Explorer z ramionami o długości 40 kilometrów.

Jak podkreśla Massimo Carpinelli z Europejskiego Obserwatorium Grawitacyjnego, nadchodzące dekady mogą pozwolić na „podsłuchanie” nawet echa z pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu.

Czytaj też:
15 lat czekali na ten moment. Odkryli „Oko Saurona” w odległej galaktyceCzytaj też:
A jeśli Wielki Wybuch nie był początkiem? Naukowcy przedstawili nową teorie

Źródło: WPROST.pl / ingenieur.de