Wielka rzecz - Polacy pomogli potwierdzić twierdzenie Stephena Hawkinga
To odkrycie przejdzie do historii nauki. Sieć LVK ogłosiła, że fale grawitacyjne potwierdziły fundamentalne prawo czarnych dziur, o którym pisał Stephen Hawking. W badaniach uczestniczyli polscy fizycy.
14 września 2015 r. nauka wstrzymała oddech. To wtedy na Ziemię dotarł delikatny sygnał, który wędrował przez kosmos przez 1,3 mld lat. Nie był to błysk światła ani puls radiowy, lecz coś znacznie bardziej fundamentalnego: subtelne drganie samej tkaniny czasoprzestrzeni.
Tak po raz pierwszy w historii zarejestrowano fale grawitacyjne, przewidziane sto lat wcześniej przez Alberta Einsteina. Teraz - dekadę później - zespół międzynarodowej sieci LVK z udziałem trojga polskich naukowców, potwierdził jedno z najsłynniejszych twierdzeń Stephena Hawkinga o czarnych dziurach.
Od Einsteina do Hawkinga – kosmiczne prawa Wszechświata
W 1971 r. Stephen Hawking sformułował hipotezę, która na zawsze zmieniła fizykę - całkowita powierzchnia czarnej dziury nigdy się nie zmniejsza.
Twierdzenie głosi, że całkowita powierzchnia czarnych dziur nie może się zmniejszać. Podczas zderzenia czarne dziury tracą energię w postaci fal grawitacyjnych, a jednocześnie mogą zwiększyć swój spin, czyli wewnętrzny moment pędu, co mogłoby zmniejszyć powierzchnię. Jednak twierdzenie przewiduje, że pomimo tych czynników połączona czarna dziura zawsze będzie miała większą powierzchnię niż suma powierzchni czarnych dziur sprzed zderzenia.
To prawo, zwane „twierdzeniem o powierzchni”, było od pół wieku matematycznym fundamentem astrofizyki. Brakowało tylko jednego – dowodu obserwacyjnego.
I właśnie taki dowód przyniosło zdarzenie GW250114, zarejestrowane 14 stycznia 2025 r.. Podobnie jak w historycznej pierwszej detekcji GW150914, chodziło o kolizję dwóch czarnych dziur o masach 30–40 razy większych od masy Słońca.
Obiekt powstały po ich zderzeniu znajduje się około 1,3 mld lat świetlnych od Ziemi, ale mimo kosmicznej odległości sygnał był tym razem znacznie wyraźniejszy. Wszystko dzięki dekadzie udoskonaleń technologicznych, które sprawiły, że detektory fal grawitacyjnych są dziś ponad dwukrotnie czulsze niż w 2015 r.
Wielki huk, który zmienił fizykę
Zdarzenie GW250114 potwierdziło założenia Hawkinga z bezprecedensową precyzją, a wśród naukowców, którzy brali udział w badaniu, ważną rolę odegrało troje badaczy z polskiego Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
To dla mnie ogromna satysfakcja, że po latach pracy możemy potwierdzić jedno z najważniejszych przewidywań Stephena Hawkinga. Fale grawitacyjne otworzyły nam nowe okno na Wszechświat, a teraz pozwalają również weryfikować fundamentalne prawa fizyki czarnych dziur. Cieszę się, że wraz z zespołem z Narodowego Centrum Badan Jądrowych i grupy Polgraw–Virgo mogliśmy wnieść wkład w to przełomowe odkrycie – powiedział prof. Andrzej Królak z Zakładu Astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
Odkrycia udało się dokonać dzięki sieci detektorów LVK – złożonej z amerykańskich obserwatoriów LIGO w Hanford i Livingston, włoskiego Virgo oraz japońskiego KAGRA. Obecnie współpraca LVK rejestruje średnio jedno zderzenie czarnych dziur co trzy dni. Łącznie zarejestrowano już ponad 300 takich kosmicznych kolizji, z czego około 230 tylko w trakcie najnowszej serii pomiarów.
Więcej o czarnych dziurach na Spider's Web:
Czarne dziury i matematyka, która nie kłamie
Dlaczego to odkrycie jest tak ważne? Bo czarne dziury to obiekty skrajnie egzotyczne, gdzie znane prawa fizyki wystawiane są na próbę. Podczas kolizji część ich masy zamienia się w fale grawitacyjne – w przypadku GW250114 była to energia odpowiadająca kilku masom Słońca. Jednocześnie jednak zgodnie z twierdzeniem Hawkinga, powierzchnia nowo powstałej czarnej dziury musi być większa niż suma powierzchni dwóch poprzednich.
Analizy LVK wykazały, że rzeczywiście tak się dzieje. Nowo powstała czarna dziura nie tylko nie zmniejszyła swojej powierzchni, ale wręcz spełniła przewidywania z matematyczną dokładnością. To najmocniejszy jak dotąd obserwacyjny dowód na słuszność koncepcji Hawkinga.
Polska w światowej lidze astrofizyki
Dla Polski to również duży prestiż. Nasi naukowcy od lat uczestniczą w badaniach fal grawitacyjnych, współtworząc analizy danych i teoretyczne modele. Prof. Królak poszedł o krok dalej i uogólnił twierdzenie Hawkinga także na przypadki kosmologiczne, otwierając nowe pole do badań nad ewolucją czarnych dziur w skali całego Wszechświata.
Co to oznacza dla nas, zwykłych zjadaczy chleba, którzy żyją w rytmie wyznaczanym przez delikatną grawitację naszej Matki - Ziemi? To dowód na to, że żyjemy w czasach, gdy najśmielsze idee fizyków, zapisane w równaniach kilkadziesiąt lat temu, mogą być weryfikowane w praktyce. Dzięki falom grawitacyjnym nie tylko odkrywamy zderzenia czarnych dziur, ale też sprawdzamy, jak działa kosmos w swoich najbardziej ekstremalnych momentach. Einstein i Hawking byliby szczęśliwi, mając do dyspozycji taką technologię, jaką dysponuje ludzkość dzisiaj.
Wszechświat nie powiedział jeszcze ostatniego słowa
Odkrycie GW250114 pokazuje, że detektory fal grawitacyjnych stają się dla astrofizyki tym, czym teleskop Hubble’a był dla astronomii trzy dekady temu. Dzięki nim zyskujemy dostęp do wydarzeń niewidocznych dla światła czy fal radiowych. A ponieważ sieć LVK cały czas się rozwija, naukowcy spodziewają się, że w ciągu kilku lat uda się obserwować tysiące zderzeń czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Możemy więc być pewni, że Wszechświat jeszcze nie raz zaskoczy nas odkryciami. A to, że w tej kosmicznej rewolucji swoje miejsce mają również polscy badacze, tylko dodaje tej historii dodatkowego smaku.
