Áttörés a LIGO detektorainak köszönhetően
A GW250114 jelzésű hullámjel egy 1,3 milliárd fényévnyire történt fekete lyuk-összeolvadásból eredt. Mindkét fekete lyuk a Nap tömegének körülbelül harmincszorosa volt. Az összeolvadás során keletkezett téridő-hullámokat a földi LIGO obszervatórium detektorai is kimutatták. Ez a jel mintegy háromszor tisztább volt, mint a 2015-ös, történelmi jelentőségű első gravitációs hullám észlelése, ami lehetővé tette sokkal részletesebb vizsgálat elvégzését.
A tisztaság főként a detektorok technológiai fejlődésének köszönhető: a műszerek immár olyan csekély zavaró zajokat is képesek kiszűrni, mint amilyenek a földrengések vagy az elhaladó teherautók okozta rázkódások. Emiatt már hétszázbilliószor kisebb téridő-torzulást is felismernek, mint egy hajszál szélessége.
A lecsengés szakasza: új bizonyíték Einsteinnek
Az új, rendkívül tiszta hullámjel lehetővé tette, hogy a kutatók minden korábbinál alaposabban elemezzék az összeolvadás utáni úgynevezett lecsengés (ringdown) szakaszt. Ezalatt a frissen kialakult, egyesült fekete lyuk úgy rezeg, mint egy megütött harang, és sajátos „hangokat” – vibrációs mintázatokat – bocsát ki. Ezek a mintázatok elárulják a fekete lyuk tömegét és perdületét. Most először sikerült két fő lecsengési hangot különválasztani, és mindkettő önállóan ugyanazokat az értékeket adta, ezzel is igazolva az általános relativitáselméletet.
A kutatók egy korábban csak elméletben létező, igen rövid életű hangot, az úgynevezett felhangot (overtone) is észlelték. Ez szintén megerősítés volt Einstein előrejelzése számára.
Ha ezek a mért adatok eltértek volna egymástól, a fizikusoknak teljesen új magyarázatot kellett volna keresniük a gravitációra.
A Hawking-féle területnövekedés is igazolódott
Eközben már 2024-ben megerősítették a Hawking-féle sejtést is, miszerint egy fekete lyuk eseményhorizontjának területe sosem csökkenhet, még akkor sem, ha az összeolvadás során hatalmas energia távozik gravitációs hullámok formájában. A friss eseménynél a két eredeti fekete lyuk együttes horizontterülete 240 000 négyzetkilométer körüli volt (nagyjából Oregon mérete), az összeolvadás utáni új fekete lyuké viszont 400 000 négyzetkilométerre nőtt (ez már nagyjából Kalifornia méretének felel meg). Ezek az új eredmények tökéletesen egybecsengtek Hawking jóslatával.
A gravitációs elmélet korlátai és a jövő kutatásai
Az általános relativitáselmélet újra és újra helyesnek bizonyul, ám számos kozmikus rejtélyre – mint például a sötét anyag, a sötét energia vagy a kvantumfizikával való összeegyeztetés – mégsem ad választ. A tudósok abban reménykednek, hogy a jövőben új típusú, még pontosabb gravitációs hullám-vizsgálatok esetleg kimutathatják az Einstein-féle elméletnél eltérő viselkedést is.
A következő években az Einstein Telescope és a Cosmic Explorer detektorok tízszer érzékenyebbek lesznek, mint a jelenlegi eszközök, így az eddig észleltnél sokkal több összeolvadást és még hatalmasabb fekete lyukakat is vizsgálhatnak majd.
A kutatók abban bíznak, hogy a 2035-re tervezett LISA (Laser Interferometer Space Antenna) európai űrtávcső segítségével végre sikerül majd rengeteg különböző hangmintát rögzíteni, akár egyetlen fekete lyuk összeolvadásából is. Ezután minden eddiginél alaposabban vizsgálhatják majd a gravitáció eddig rejtett arcát, és talán fény derül arra is, hogyan lehetne végre összeegyeztetni Einstein elméletét a kvantumfizikával.
