Det er ingen lyd i rommet, men svarte hull kan fortsatt synge.
Når to svarte hull kolliderer, bølger sangen deres gjennom selve eksistensstoffet, og skaper et kor av vibrasjoner som dundrer gjennom rom og tid, og ekko gjennom hele universet som gongene til en falmende klokke. Hver romduett er unik, og forskere har trofast spilt inn sangene siden gravitasjonsbølger først ble oppdaget i 2015. Nå tror forskere at de kanskje kan høre melodien som er skjult i musikken, et signal om en nylig forutsagt type gravitasjonsbølge kjent som en direkte bølge.
Det som gjør direkte bølger så attraktive er deres opprinnelse. Alle gravitasjonsbølgesignaler (kvasi-normale moduser) som forskerne har sett så langt produseres etter at to sorte hull smelter sammen til ett større svart hull og den forvrengte romtiden rundt dem blir stabil. De direkte bølgene ser ut til å ha sin opprinnelse mye nærmere det nye sorte hullets hendelseshorisont, punktet uten retur som ikke engang lys kan unnslippe.
Om støtte til vitenskapsjournalistikk
Hvis du liker denne artikkelen, kan du vurdere å støtte vår prisvinnende journalistikk. Du abonnerer. Ved å kjøpe et abonnement bidrar du til å sikre fremtiden til innflytelsesrike historier om oppdagelsene og ideene som former vår verden i dag.
«Det er nesten en dragkamp,» sier Katerina Chatziioannou, fysiker ved California Institute of Technology. «Vi ønsker å komme nærmere horisonten, men jo nærmere vi kommer, desto vanskeligere er det å få informasjon om det.»
Faktisk ser alt som er skapt for nær et sort hulls hendelseshorisont ut til å bli offer for dets enorme tyngdekraft. Men sammenslåinger av svarte hull er også noen av de mest voldelige hendelsene i universet. Deres massive gravitasjonsfelter omgir romtiden som en skje som rører kaffe, og teoretisk sett lar noen av disse signalene unnslippe den kosmiske virvelen.
En ny studie publisert i Nature gir de første bevisene for slike krusninger, ved å bruke data fra det klareste gravitasjonsbølgesignalet som noen gang er observert. Det er en massiv fusjon av sorte hull kjent som GW250114. (Samme fusjon (pun intended) som skapte bølger i fjor da den ga fysikere en sjelden mulighet til å analysere svarte hulls fusjoner i enestående detalj. Studiens konklusjoner inkluderte blant annet konklusjonen om at sorte hull ikke bare er store vokalister, men også skallet.)
For studiemedforfatter Sizheng Ma, som var med på å utvikle teorien om direkte bølger, kunne ikke tidspunktet for GW250114 vært bedre. «Når du kommer med en spådom, må folk kanskje vente i årevis før den blir bevist,» sier han. «Denne hendelsen er så bråkete at den umiddelbart beviser vår spådom.»
Grunnen til at GW250114s signal er så «stort» har faktisk lite med selve kollisjonen å gjøre. Gravitasjonsbølger med lignende intensitet har blitt observert tidligere. Det som har endret seg er verktøyene. «Det er som å høre den samme støyen når mikrofonen har et lavt støynivå,» sier Chatziioannou, som ikke var involvert i studien.
Enkelt sagt, et tiår med teknologiske fremskritt har forvandlet denne romduetten til en ekte showstopper.
Den musikalske metaforen er spesielt treffende fordi gravitasjonsbølger vibrerer som lydbølger, slik at forskere kan analysere dem ved hjelp av de samme matematiske verktøyene. Kollisjonen mellom to sorte hull sammenlignes ofte med å slå på en bjelle, og det er grunnen til at fadingsignalet som følger er kjent som en ringdown. «Du kan tenke på gravitasjonsbølger som akustikken til rom og tid,» sier Ma.
Hvis det typiske ringesignalet er klokkens falmingsresonans, kan direkte graving fortelle deg hvordan klokken ble slått i utgangspunktet. De kan gi fysikere en ny måte å undersøke de mest ekstreme miljøene i universet. Men å vite sikkert at astronomer har sett en direkte bølge er vanskelig.
«Hvis vi kan observere dette, vil vi være i stand til å måle egenskapene til horisonten direkte,» sier professor Emanuele Berti ved Johns Hopkins University, som ikke var involvert i studien. «Spørsmålet er, kan vi virkelig se dette?»
Signalet identifisert i GW250114 er i samsvar med spådommer for en direkte bølge, som er et oppmuntrende tegn. Men å matche en spådom er ikke det samme som å bevise den. Noen fysikere er skeptiske til at slike bølger kan unnslippe det sterke gravitasjonsmiljøet nær et sort hulls hendelseshorisont, eller at nåværende utstyr pålitelig kan skille direkte bølgesignaler fra omgivelsesstøy. «Selv om vi kunne observere disse tingene, er de veldig vanskelige å observere,» sier Berti.
Ikke desto mindre er «alle observasjonsbevis for sorte hull velkommen og et gjennombrudd,» sier Vitor Cardoso, direktør for Niels Bohr Institutes senter for gravitasjon og fremtredende professor ved Instituto Superior Técnico i Lisboa, Portugal.
Fysikere er ivrige etter å undersøke signalet mer detaljert og finne tegn på direkte bølger som skjuler seg under de tidligere oppdagede kvasiregulære modusene.
«Det vil være mange oppfølgingsstudier rundt om i verden, og jeg er sikker på at denne tilnærmingen vil akselerere fremgangen,» sa Szabolcs Márka, professor ved Columbia University som ikke var involvert i studien. «Jo mer vi observerer, jo mer selvsikre vil vi være.»
Det er på tide å stå opp for vitenskapen
Hvis du likte denne artikkelen, vennligst støtte oss. Vitenskapelig amerikansk Vi har vært forkjempere for vitenskap og industri i 180 år, og dette kan være det viktigste øyeblikket i vår historie på to århundrer.
jeg er Vitenskapelig amerikansk Jeg har vært abonnent siden jeg var 12, og det har vært med på å forme måten jeg ser verden på. SciAm Det utdanner meg alltid, gleder meg og inspirerer ærefrykt for vårt store og vakre univers. Jeg håper det for deg også.
du abonnere Vitenskapelig amerikanskDu bidrar til å holde rapporteringen vår fokusert på meningsfull forskning og funn. Vi har ressursene til å rapportere om beslutninger som truer laboratorier over hele Amerika. Og vi støtter både fremvoksende og praktiserende forskere i en tid hvor verdien av vitenskapen i seg selv altfor ofte ikke blir anerkjent.
Til gjengjeld får du viktige nyheter. Engasjerende podcaster, flott infografikk, Nyhetsbrev du ikke kan gå glipp av, videoer du må se, Utfordrende spill, vitenskapens beste skriving og rapportering. du kan også Gi noen et abonnement i gave.
Det har aldri vært et viktigere tidspunkt for oss å stå frem og vise hvorfor vitenskap er viktig. Jeg håper du vil støtte oss i det oppdraget.