Upptäckten inleder en ny era inom astronomin

(Dan Tri) - För tio år sedan hörde forskare universums ljud för första gången. Denna upptäckt bevisade en viktig förutsägelse av Einstein och inledde en ny era inom astronomin.

Vänster: Fysikern Albert Einstein, höger: Mr. Carl Knox - Specialist på kreativ teknologi och vetenskaplig visualisering, Swinburne University of Technology, Australien.

Det var den första upptäckten av gravitationsvågor. Den bevisade en viktig förutsägelse i Einsteins allmänna relativitetsteori. Nu har en ny upptäckt av gravitationsvågor verifierat en teori av Stephen Hawking – ytterligare en "jätte" inom astronomin.

Vad är gravitationsvågor?

Gravitationsvågor är "krusningar" i rumtidens struktur som färdas med ljusets hastighet. De skapas av massiva objekt som accelereras extremt snabbt, såsom kolliderande svarta hål eller sammanslagningen av massiva stjärnrester som kallas neutronstjärnor.

Dessa ringar som sprider sig genom universum observerades först direkt den 14 september 2015 av två detektorer från Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA.

Den första signalen, kallad GW150914, kom från kollisionen mellan två svarta hål, vart och ett mer än 30 gånger solens massa och mer än en miljard ljusår från jorden.

Detta var det första direkta beviset på gravitationsvågor, vilket Einstein förutspådde 100 år tidigare i sin relativitetsteori. För denna upptäckt tilldelades tre forskare, Rainer Weiss, Barry Barish och Kip Thorne, Nobelpriset i fysik 2017.

Simuleringen visar gravitationsvågor som skapas av två svarta hål som kretsar kring varandra ( Video : MPI).

Hundratals signaler på mindre än ett decennium

Sedan 2015 har mer än 300 gravitationsvågor observerats av LIGO, tillsammans med de italienska Virgo-detektorerna och de japanska KAGRA-detektorerna.

För bara några veckor sedan tillkännagav det internationella samarbetet LIGO/Virgo/KAGRA de senaste resultaten från sin fjärde observation, vilket mer än fördubblar antalet kända gravitationsvågor.

Tio år efter den första upptäckten har ett internationellt samarbete med australiska forskare från Australian Research Council's Centre for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) nyligen tillkännagivit en ny gravitationsvågssignal, GW250114.

Denna signal är en nästan perfekt kopia av den första gravitationsvågsignalen, kodad GW150914.

Observerad gravitationsvåg GW250114 (LVK 2025). Observationsdata visas i ljusgrått. Den jämna blå kurvan representerar den bäst anpassade teoretiska vågformsmodellen, vilken visar utmärkt överensstämmelse med den observerade signalen.

Svarta hålkollisionen som producerade GW250114 har mycket liknande fysikaliska egenskaper som GW150914. Tack vare betydande uppgraderingar av gravitationsvågsdetektorer under det senaste decenniet sågs dock den nya signalen mycket tydligare (nästan fyra gånger starkare än GW150914).

Det intressanta är att det låter oss testa idéerna från en annan banbrytande fysiker. Det är Stephen Hawking.

Hawking hade också rätt.

För mer än 50 år sedan formulerade fysikerna Stephen Hawking och Jacob Bekenstein en uppsättning lagar som beskriver svarta hål.

Hawkings andra lag om svarta håls mekanik, även känd som Hawkings areasats, säger att arean av ett svart håls händelsehorisont alltid måste öka. Med andra ord kan svarta hål inte kollapsa.

Samtidigt visade Bekenstein att arean av ett svart hål är direkt relaterad till dess entropi (eller oordning). Termodynamikens andra huvudsats säger oss att entropin alltid måste öka: universum blir alltid mer oordnat. Eftersom entropin av ett svart hål också måste öka över tid, säger detta oss att dess area också måste öka.

Hur kan vi testa dessa idéer? Det visar sig att kollisioner mellan svarta hål är det perfekta verktyget. Precisionen i den nya mätningen gör det möjligt för forskare att utföra det hittills mest exakta testet av Hawkings areasats.

Tidigare experiment med den första detektionen, GW15091, antydde att signalen var förenlig med Hawkings lag, men kunde inte bekräfta den med säkerhet.

Svarta hål är förvånansvärt enkla objekt. Arean av ett svart håls horisont beror på dess massa och rotation, de enda parametrar som behövs för att beskriva ett astronomiskt svart hål. Massa och rotation bestämmer i sin tur formen på gravitationsvågorna.

Genom att separat mäta massorna och spinnen hos det inkommande svarta hålparet, och jämföra dem med massan och spinnet hos det sista svarta hålet som återstod efter kollisionen, kunde forskare jämföra arean av de två individuella kolliderande svarta hålen med arean av det sista svarta hålet.

Uppgifterna visar utmärkt överensstämmelse med den teoretiska förutsägelsen att arean bör öka, vilket starkt stöder Hawkings lag.

Framtida observationer av gravitationsvågor kommer att göra det möjligt för oss att testa mer exotiska vetenskapliga teorier, och kanske till och med undersöka naturen hos universums saknade komponenter, mörk materia och mörk energi.

Källa: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm