Teorija opšte relativnosti prolazi test gravitacionog talasa

Kolaboracija LIGO–Virgo–KAGRA je objavila novi, precizniji test Ajnštajnove opšte teorije relativnosti koristeći do sada najjasniji zabeleženi signal gravitacionog talasa, GW250114. U svim sprovedenim testovima, posmatranja su u potpunosti saglasna sa teorijskim predviđanjima.

Od svog objavljivanja 1915. godine, Ajnštajnova opšta teorija relativnosti revolucionisala je fiziku i naše razumevanje univerzuma. Tokom više od jednog veka, eksperimentalna fizika testirala je njenu tačnost u različitim režimima. Istraživači kolaboracije LIGO–Virgo–KAGRA danas pružaju neke od najpreciznijih testova ove teorije do sada, koristeći podatke iz signala binarnog sistema crnih rupa GW250114.

Izuzetna jasnoća ovog signala omogućava veoma precizno određivanje parametara događaja koji ga je generisao. Kolaboracija LIGO–Virgo–KAGRA je u septembru objavila studiju koja je, koristeći isti signal, potvrdila Hokingovu teoremu o površini crne rupe. U ovom novom istraživanju, signal GW250114 je korišćen za testiranje predviđanja Ajnštajnove opšte relativnosti, uz potragu za eventualnim odstupanjima koja bi mogla ukazati na novu fiziku izvan postojećeg teorijskog okvira.

Međunarodni istraživački tim primenio je metodu spektroskopije crnih rupa, fokusirajući se na tzv. ringdown fazu – period u kojem se novonastala crna rupa, neposredno nakon spajanja, smiruje u svoje konačno stanje. Tokom ove faze emituje se karakterističan spektar modova gravitacionih talasa, odnosno „tonova”.

„Kada se dve crne rupe spoje, sudar ,zvoni’ poput zvona, emitujući specifične tonove koji su okarakterisani oscilatornom frekvencijom i vremenom prigušenja”, izjavio je Kif Mitman, fizičar i koautor studije sa Univerziteta Kornel. „Ako u podacima detektujemo jedan ton, možemo izračunati masu i spin konačne crne rupe. Ako, međutim, izmerimo dva ili više tonova – što je jasnoća signala GW250114 omogućila – svaki od njih daje nezavisno merenje mase i spina, u skladu sa Opštom relativnošću.”

„Ukoliko se ta merenja međusobno slažu, time se efektivno potvrđuje Opšta relativnost”,dodao je Mitman. „Ako bi, međutim, došlo do neslaganja, to bi ukazivalo na moguće odstupanje od teorijskih predviđanja.”

Vizuelizacija spajanja binarnih crnih rupa u skladu sa događajem gravitacionog talasa pod nazivom GW250114.

Signal GW250114 je bio dovoljno snažan da omogući merenje dva dominantna tona, uz postavljanje ograničenja na treći. Sva dobijena merenja u potpunosti su saglasna sa predviđanjima Ajnštajnove teorije.

„Osnovna ideja je da analiza različitih delova signala mora davati dosledne rezultate ukoliko je Opšta relativnost validna i ako su naši modeli tačni”, rekao je Jakob Lange iz Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku u Torinu, koautor i analitičar studije. „Za GW250114 smo dobili saglasnost sa teorijom gravitacije sa neviđenom preciznošću, zahvaljujući izuzetnom intenzitetu ovog signala.”

On dodaje da će u budućnosti ovakvi snažni signali postajati sve češći, otvarajući mogućnost da se eventualna odstupanja od Opšte relativnosti otkriju upravo kroz ovakva posmatranja.

„Ove tehnike omogućavaju jedinstveno ispitivanje gravitacije u njenim najekstremnijim režimima, pružajući informacije o prostor-vremenu u neposrednoj blizini crne rupe”, izjavio je Vasko Đenari, doktorand i analitičar projekta u Laboratoriji des 2 Infinis u Tuluzu. „Buduća posmatranja sa većom osetljivošću dodatno će smanjiti neizvesnosti u merenjima, jačajući našu sposobnost da testiramo Opštu relativnost i, po prvi put, potencijalno osporimo neka predviđanja spektroskopije crnih rupa.”

Ovi rezultati predstavljaju značajnu prekretnicu u istraživanju gravitacije, krunišući decenije teorijskog i eksperimentalnog rada. Ipak, ostaje još mnogo posla kako bi se u potpunosti razumeo ovaj, naizgled jednostavan, ali izuzetno bogat fizički režim.

Izvori: Virgo,  LIGO Caltech

SVE JE FIZIKA Miša Bracić