Najczystszy sygnał grawitacyjny w historii potwierdza Twierdzenie o Polu Powierzchni
Fizycy i astronomowie analizujący najnowsze dane z detektorów fal grawitacyjnych (LIGO/Virgo/KAGRA) ogłosili wczoraj (8 grudnia) wyniki badań nad wyjątkowo czystym sygnałem pochodzącym ze zderzenia dwóch czarnych dziur. Obserwacja ta dostarczyła najsilniejszych jak dotąd dowodów obserwacyjnych potwierdzających dwa fundamentalne przewidywania dotyczące fizyki tych obiektów: Twierdzenie o polu powierzchni Stephena Hawkinga oraz precyzyjny przebieg fazy tzw. ringdown (wybrzmiewania), wynikający z Ogólnej Teorii Względności Einsteina.
Czarna dziura jak uderzony dzwon
Kiedy dwie czarne dziury zderzają się i łączą w jedną, nowo powstały obiekt jest początkowo zdeformowany i drży, emitując fale grawitacyjne, zanim uspokoi się do idealnego kształtu sferycznego (lub spłaszczonej sferoidy). Ten etap nazywany jest fazą ringdown. Można go porównać do dzwonu, który po uderzeniu wydaje dźwięk o konkretnych częstotliwościach i tonach zanikających, zależnych od jego kształtu i materiału.
W najnowszej publikacji naukowcy wykazali, że częstotliwości fal grawitacyjnych zarejestrowane w fazie wyciszania się nowej czarnej dziury idealnie pasują do przewidywań Einsteina. Co więcej, sygnał pozwolił na precyzyjne zmierzenie masy i spinu (prędkości obrotowej) obiektu końcowego, potwierdzając, że wibruje on dokładnie tak, jak przewiduje teoria dla horyzontu zdarzeń o danej geometrii.
Horyzont zdarzeń nie może się kurczyć
Jeszcze bardziej doniosłym wynikiem jest obserwacyjne potwierdzenie słynnego Twierdzenia o polu powierzchni (Hawking’s Area Theorem), sformułowanego przez Stephena Hawkinga w latach 70. XX wieku. Głosi ono, że całkowita powierzchnia horyzontu zdarzeń czarnej dziury (lub sumy powierzchni zlewających się dziur) nigdy nie może zmaleć w czasie – może jedynie rosnąć lub pozostać stała (zakładając brak znaczącego promieniowania Hawkinga w krótkim czasie, co jest prawdą dla obiektów astrofizycznych).
Analiza sygnału wykazała z niespotykaną dotąd dokładnością (95-97% pewności), że powierzchnia horyzontu nowo powstałej czarnej dziury jest faktycznie większa niż suma powierzchni dwóch obiektów, które ją utworzyły. To fundamentalny test termodynamiki czarnych dziur, który natura zdała celująco.
Źródła informacji:
- ScienceDaily / Research News: „A Cosmic Collision Reveals How Black Holes Really Behave”
- Physical Review Letters: (Oczekiwana publikacja powiązana z najnowszymi analizami sygnałów GW)
- LIGO/Virgo Collaboration Updates: Grudzień 2025
Opracowanie: Agnieszka Nowak
