SVI ZNAJU da nikakva informacija ne može pobjeći iz crne rupe. No, gravitacijski val koji se širi iz masivnog sudara dviju golemih crnih rupa možda nas je doveo do samog ruba, noseći, kako se čini, prvi ikad zabilježeni potpis horizonta događaja. Znanstvenici su teoretizirali da bi gravitacijski val poznat kao izravni val mogao nositi informacije o svojstvima horizonta događaja, a sada vjeruju da su takav val napokon i identificirali, piše ScienceAlert.

Što je horizont događaja?

Ako vam ovo zvuči kao znanstvena fantastika, niste jedini. "Horizont događaja nije nešto što možemo izravno vidjeti svjetlom jer, po definiciji, ništa iz njega ne izlazi. No, gravitacijski valovi otvaraju nam drugačiji put", rekao je za ScienceAlert teorijski fizičar Sizheng Ma s kanadskog instituta Perimeter.

Horizont događaja nije sama crna rupa, već granica koja odvaja vidljivi svemir od područja izvan njezina dosega. Riječ je o "točki bez povratka" iza koje je gravitacija objekta toliko jaka da čak ni svjetlost ne može postići brzinu bijega.

Budući da horizont događaja ne emitira, ne odbija niti raspršuje svjetlost, ne može ga se izravno promatrati. Sve što znamo o njemu dolazi iz neizravnih opažanja njegova utjecaja na okolni prostor.

"Kada dvije crne rupe kruže jedna oko druge i spoje se, taj siloviti proces remeti samo prostorvrijeme u području vrlo blizu horizonta konačne crne rupe. Neke od tih vibracija prostorvremena mogu putovati prema van kao gravitacijski valovi i naposljetku stići do naših detektora", pojasnio je Ma.

"Uzbudljivo je što je nešto što se nekada činilo gotovo kao znanstvena fantastika, odnosno korištenje opažanja za učenje o horizontima crnih rupa, postalo nešto što doista možemo učiniti."

Od "odzvanjanja" do "izravnog vala"

To nas dovodi do gravitacijskih valova - mreškanja u prostorvremenu koja nastaju kada se masivni objekti poput crnih rupa sudare i spoje, a koje možemo detektirati na Zemlji. Signal koji pritom nastaje je složen. Sastoji se od završne spirale dok se dvije crne rupe približavaju, a nakon spajanja, novonastala crna rupa "odzvanja" poput zvona.

Valovi tog "odzvanjanja" nazivaju se kvazinormalnim modovima, a određeni su masom i rotacijom crne rupe. Međutim, kvazinormalni modovi prvenstveno su povezani sa svjetlosnim prstenom izvan horizonta događaja, a ne sa samim horizontom.

Noviji teorijski radovi predložili su izravniji način istraživanja: pomoću takozvanog izravnog vala, koji bi trebao biti isprepleten s kvazinormalnim modovima. Prema toj teoriji, kako se dvije crne rupe spajaju, ekstremna gravitacija novonastale crne rupe doslovno povlači prostorvrijeme sa sobom, pomiče signale prema crvenom spektru i emitira jedan specifičan val - izravni val.

"Kako se sve približava horizontu rotirajuće crne rupe, biva uvučeno u iznimno brzo gibanje oko nje. Istovremeno, signal koji nam od tamo stiže vrlo brzo blijedi zbog snažne gravitacije. Ono što na kraju vidimo je konačni, brzi i naglo prigušeni vrtlog u blizini horizonta", objasnio je Ma.

Neobično glasan i jasan signal

Treba naglasiti koliko su signali gravitacijskih valova suptilni. Dok stignu do Zemlje, oni rastežu i sažimaju prostorvrijeme za manje od širine atomske jezgre. Stoga je za pronalazak traženog signala bio potreban iznimno snažan događaj. Taj događaj bio je GW250114 – dosad najjasniji signal gravitacijskog vala ikad zabilježen.

Istraživači su u početku bili oprezni. Iako je teorija bila čvrsta, složenost podataka gravitacijskih valova značila je da uvijek postoji rizik od lažno pozitivnog rezultata. "Naša početna reakcija bila je pomiješana", rekao je Ma.

"No, nakon preliminarnih provjera, podaci su se pokazali izvanredno dobrima – zapravo, točno onakvima kako je teorija predviđala. Događaj je bio neobično glasan i čist, a način na koji se signal razvijao podudarao se s očekivanim potpisom izravnog vala iz našeg teorijskog modela. U tom trenutku raspoloženje se prebacilo s 'Ovo bi moglo biti zanimljivo' na 'Opa, ovo bi zaista moglo biti stvarno'."

Novi način proučavanja crnih rupa

Rezultat još uvijek treba dodatno provjeriti usporedbom s drugim signalima gravitacijskih valova, a i teorijski rad će se dorađivati sada kada znanstvenici imaju opažanje s kojim ga mogu usporediti.

No, ako se potvrdi, ovo otkriće nudi potpuno novi način proučavanja crnih rupa. Primjerice, signal izravnog vala mogao bi se analizirati kako bi se izmjerilo koliko se brzo horizont događaja rotira i koliko brzo gravitacija uzrokuje nestajanje informacija.

"Dugo smo mogli lijepo opisivati horizonte događaja crnih rupa u općoj teoriji relativnosti, ali smo imali vrlo ograničene načine da ih promatramo", objašnjava Ma. "Ova nova komponenta u gravitacijskim valovima to mijenja.

Otvara se put izravnijem proučavanju područja blizu horizonta, a u budućnosti, s više događaja i osjetljivijim detektorima, moglo bi nam pomoći da provedemo oštrije testove opće teorije relativnosti i izgradimo dublje razumijevanje fizike crnih rupa."

Ako se potvrdi, ovaj bi rezultat označio najbliže što su znanstvenici došli ispitivanju neposredne blizine horizonta događaja crne rupe. "Približavamo se horizontu crne rupe više nego ikad prije", rekao je Ma.

"Nekoć se činilo da crne rupe možemo razumjeti samo neizravno, kroz njihov utjecaj na okolinu. Ali s gravitacijskim valovima, možemo 'slušati' posljednje trenutke spajanja i tražiti potpise iz područja neposredno uz horizont. Taj osjećaj dosezanja mjesta koje je nekoć bilo potpuno izvan promatračkog dosega doista je uzbudljiv."

Nalazi su objavljeni u časopisu Nature.