Új mérföldkő a fekete lyukak nyomában
Az áttörés időzítése sem véletlen: idén van tíz éve annak, hogy a LIGO együttműködés történelmi, Nobel-díjas felfedezésként először észlelte fekete lyukak egyesülését. Azóta nem csak az észlelések pontossága fejlődött ugrásszerűen: a legutóbbi, GW250114 nevű esemény például minden korábbinál tisztább, élesebb jelet hozott – köszönhetően annak, hogy a LIGO rendszere mára majdnem négyszer érzékenyebb, mint 2015-ben. Ez a fejlesztés lehetővé tette, hogy részletesen megvizsgálják a két, körülbelül 30 naptömegű fekete lyuk összeolvadásának jeleit, és ezek alapján pontosan kiszámolhassák az új fekete lyuk paramétereit.
Különösen fontos kiemelni, hogy
A GW250114 során az összeolvadást követő fekete lyuk felszíne 400 000 négyzetkilométerre nőtt, ami nagyjából Svédország területének felel meg. A kiinduló fekete lyukak együttes felszíne ehhez képest „csak” 240 000 négyzetkilométer volt, ami az Egyesült Királyság méretével egyezik. Mindazonáltal ez nem pusztán geometriai érdekesség: Hawking és Jacob Bekenstein ugyanis kapcsolatot mutattak ki a fekete lyukak felszíne és entrópiája között, amely – a termodinamika második főtétele szerint – csak nőhet. Ez lehetőséget teremt arra, hogy a fekete lyukakat az univerzum legmélyebb titkaihoz vezető matematikai próbakőként használják a tér és idő természetének vizsgálatában.
Multi-messenger csillagászat: új korszak nyitánya
A LIGO fejlett detektorai – amelyek Hanfordban (Washington állam), Livingstonban (Louisiana), valamint Olaszországban (Advanced Virgo), Japánban (KAGRA) és hamarosan Indiában működnek – különösen érzékenyek, így a legapróbb rezgéseket is észlelik. Éppen ezért komoly kihívás számukra a környezeti zaj kiszűrése. 2015 óta azonban nem csak fekete lyukakat sikerült azonosítani: neutroncsillagok, illetve „vegyes” párok összeolvadását is megörökítették. Ilyen eseményekhez fény is társulhat, például hatalmas energiakitörés (kilonóva – kilonova), amit a világ számos teleszkópja rögzíteni tudott. Ez hivatalosan is elindította a több-hírhordozós (multi-messenger) csillagászat korát, ahol fény- és hanghullámokat egyszerre használnak.
Hullámok között: a ringdown titka
Az adatok közt visszatérő hangsúllyal jelentkezik az úgynevezett „ringdown” (lecsengés), vagyis amikor a frissen képződött fekete lyuk lassan „megnyugszik” – ezek a különböző hangmagasságú felhangok árulkodnak a fekete lyuk tömegéről és perdületéről. A GW250114 esetén megfigyelt részletesség végre lehetővé tette, hogy tisztán meg lehessen különböztetni a kezdeti ütközés és a lecsengés frekvenciáit. A mért adatokat összevetették az általános relativitáselmélet (General Theory of Relativity) jóslataival, amelyek szerint a fekete lyuk matematikai leírásához csak a tömegét, a perdületét és töltését kell ismerni (no-hair tétel – no-hair theorem). Ennek kísérleti megerősítése kulcsfontosságú volt.
A nagy kérdések nyomában
Mindezek alapján a friss észlelések kétséget kizáróan megerősítik Hawking egyik legnagyobb ötletét is: az összeolvadó fekete lyukak felszíne kizárólag nőhet. Ezáltal arra lehet következtetni, hogy a fekete lyukak eseményhorizontjának növekedése nem csupán elméleti jóslat marad, hanem megfigyelhető, mérhető valóság – sőt, az egész fizikai világ egyik titkos, de szigorú szabálya. Ha Hawking ma élne, bizonyára gyermeki örömmel ünnepelné, hogy elméletét maga az univerzum is megerősítette.
