GW250114

__БЕЗКН__

-{GW250114}- је догађај спајања црних рупа који је детектовао ЛИГО 14. јануара 2025. године. Генерисао је најјаснији сигнал гравитационог таласа примљен до данас, са односом сигнал-шум (СНР) од око 77–80, што је далеко јасније од СНР од 42 претходне најбоље опсервације гравитационих таласа (GW230814). Идентификован је (са нивоом значаја од 4,1 σ) први виши тон Керовог решења за ротирајућу црну рупу. Налази су потврђени у научном чланку из септембра 2025. године. Откриће представља експерименталну потврду „теореме о површини” Стивена Хокинга, коју су 1970-их развили Хокинг и Роџер Пенроуз, а која наводи да, иако црне рупе губе енергију услед гравитационих таласа и повећања угаоног момента („спина”), што може смањити површину, укупна површина две спојене црне рупе мора се повећати или остати иста.

Историја

ЛИГО-ова четврта рунда посматрања (О4) ЛИГО комбинује рунде посматрања са надоградњама објеката. Свака рунда је обично подељена на две или три под-рунде, ради мањих поправки. Четврта рунда посматрања (О4) трајала је (О4а) од 24. маја 2023. до 16. јануара 2024, затим (О4б) од 10. априла 2024. до 28. јануара 2025, а трећа под-рунда је почела 11. јуна 2025. и планирано је да се заврши у новембру 2025. GW250114 је детектован пред крај О4б под-рунде.

Детекција и основна анализа Дана 14. јануара 2025. године, оба ЛИГО-ова интерферометра (један у Ханфорду, Вашингтон, и један у Ливингстону) су радила, али они њихових партнера, Вирго и КАГРА, нису. Непосредно након 08:22:03 UTC, ЛИГО интерферометри су регистровали готово идентичне сигнале гравитационих таласа, при чему су делови сигнала имали СНР изнад 10σ. Сигнал се поклапао са сигналом две црне рупе, једне масе и друге масе , са спојеном масом од . Ослобођена енергија износила је c2. Обе су имале низак спин, највише око максималног могућег спина. Спин спојене црне рупе био је максималног могућег спина.

Смањење шума мини|Спајања две црне рупе детектована у размаку од 10 година. Илуструје смањење шума постигнуто надоградњама током тог времена. Мерење GW250114 има однос сигнал-шум (СНР) од 80, што је постигнуто комбинацијом рекордних СНР мерења оба ЛИГО детектора и знатно је чистије од СНР од 26 са прве опсервације гравитационог таласа (GW150914) деценију раније. Смањење шума убрзава стопу откривања нових спајања црних рупа и прикупља детаљне податке који проширују обим сазнања о фундаменталним својствима црних рупа. Како се нова црна рупа стабилизује, она емитује одзвањајуће гравитационе таласе, што је фаза која се назива одзвањање. Кроз висину тона и опадање виших тонова сигнала, маса и спин црне рупе могу се посматрачки измерити. Док научници нису могли да разликују одзвањање од судара црних рупа са много слабијим сигналом из 2015. године, то су успели са GW250114, захваљујући подацима са далеко већим СНР.

Значај

Претходни докази Претходна посматрања спајања црних рупа, од првог спајања црних рупа 2015. године и каснијих, била су у складу са теоремом без косе и Хокинговом теоремом о површини. Међутим, низак однос сигнал-шум ових сигнала значио је да прецизнији закључци нису били могући. Знатно побољшан однос сигнал-шум ЛИГО-а омогућио је да се почне са потврђивањем ових теоријских предвиђања.

Теорема без косе

мини|Уметнички приказ спајања црних рупа|alt=Два ротирајућа диска, жуте до црвене боје, један поред другог, са црним сферама у средини. Црне рупе, у Ајнштајновој општој теорији релативности, потпуно су окарактерисане својом масом, угаоним моментом и електричним набојем. Астрофизичке црне рупе имају масу која се мери у соларним масама, где се маса Сунца узима као једна соларна маса. Угаони момент се мери као „спин”. Овај бездимензионални параметар спина је између 0 и 1, где 0 означава нулти угаони момент, а 1 максимални могући угаони момент за дату масу. Електрични набој је толико мали за астрофизичке црне рупе да се може сматрати једнаким 0. Када су набој и спин једнаки нули, црна рупа је описана Шварцшилдовом метриком, формулом са једним слободним параметром, масом. Када је само набој једнак нули, црна рупа је описана Керовом метриком, која зависи од два параметра, масе и спина. Наелектрисане верзије ових метрика су познате, али се обично сматра да немају астрофизички значај. Насупрот томе, гравитационо поље неутронске звезде је осетљиво на тачан унутрашњи распоред неутронске материје, па чак, претпоставља се, може имати сићушне „планине” (високе неколико центиметара) које би зрачиле гравитационе таласе ако би се неутронска звезда окретала (гравитациони „пулсар”). Тврдња да је једна црна рупа у иначе празном универзуму потпуно описана својом масом, спином и набојем позната је као „теорема без косе”. Одступања од ње су могућа, али само у екстремним условима. Судар и спајање бинарних црних рупа је једна таква ситуација. Од тренутка непосредно пре судара до кратко након спајања, присутна је сложена геометрија, али она брзо „отресе” „косу”, шаљући гравитационе таласе и смирујући се у црну рупу без косе. Као и сви таласи, и ови се могу описати у терминима основне вибрације модификоване вишим фреквенцијама, мањим амплитудама виших тонова.

Хокингова теорема о површини

Иако је од 2005. године могуће израчунати шта се дешава у било ком датом спајању (користећи методе које су развили Франс Преторијус и други), апстрактно решење није познато. Седамдесетих година 20. века, Роџер Пенроуз и Стивен Хокинг пронашли су математичке доказе који описују шта је инхерентно у Ајнштајновим једначинама поља. Спајање црних рупа има више фактора, као што су губитак енергије у облику гравитационих таласа и повећање спина (што може смањити површину). Упркос овим супротстављеним факторима, Хокинг је математички доказао да укупна површина спојене црне рупе ипак мора да се повећа, доказујући своју „теорему о површини”. Ова сличност је кључна у текућим покушајима да се развије теорија квантне гравитације. Док су две црне рупе имале укупну површину од око квадратних километара (отприлике величине Уједињеног Краљевства), коначна црна рупа имала је површину од око квадратних километара (отприлике величине Шведске).

Прве потврде мини|лево|Опсерваторија ЛИГО Ливингстон 2009. године|alt=Поглед из ваздуха на велики комплекс зграда делимично у шуми, са путевима који се протежу у шуму. Астрономија гравитационих таласа заснива се на упаривању детектованог сигнала интерферометра са прорачунима таласних облика који симулирају сударе црних рупа (или друге сценарије који емитују таласе). Конкретно, ЛИГО и Вирго су снажно ограничили не-ајнштајновске теорије гравитације. Постоји техничка напомена да у многим од ових теорија нико заправо не зна шта предвиђају у судару црних рупа, већ само општи оквир како би гравитационо зрачење могло изгледати. Ипак, виђење нових детаља ајнштајновских предвиђања сматра се снажном потврдом. Пре GW250114, пронађене су потврде ширих аспеката црних рупа у општој релативности и добијен је користан каталог маса црних рупа. Надоградње ЛИГО-а за О4 омогућиле су већу прецизност у идентификацији сигнала, што је довело до веће прецизности у одговарајућој анализи таласних облика. Видели су се наговештаји Керових виших тонова и Хокингове теореме о површини, али су грешке у мерењу спречиле било какву коначну тврдњу. GW250114 је био довољно гласан да је први Керов виши тон виђен са великом поузданошћу, а виши тонови са нешто мањом. Хокингова теорема о површини, у овом случају тврдња да је површина спојене црне рупе већа од збира површина двеју црних рупа које се сударају, потврђена је. Астрофизичар Максимилијано Иси изјавио је да је GW250114 „један од најјачих доказа до сада да су астрофизичке црне рупе управо црне рупе предвиђене теоријом опште релативности Алберта Ајнштајна”. Спајање је било најјасније икада детектовано у време открића.

Види још Прва опсервација гравитационих таласа GW231123, још један велики догађај гравитационих таласа детектован две године раније Списак опсервација гравитационих таласа

Референце

Категорија:2025. у свемиру Категорија:Астрономски објекти откривени 2015. Категорија:Црне рупе Категорија:Гравитациони таласи