Zmarszczki czasoprzestrzeni, ciemna energia i ciemna materia

Fale grawitacyjne napływające z wszechświata są dużym wydarzeniem. GW250114 jest jak dotąd najczystszym sygnałem fali grawitacyjnej powstałej w wyniku połączenia się czarnych dziur. Daje naukowcom możliwość przetestowania teorii grawitacji Alberta Einsteina, znanej jako ogólna teoria względności.

– Wydarzenie to jest w zasadzie identyczne z pierwszym, które zaobserwowaliśmy 10 lat temu, czyli GW150914. Powodem, dla którego jest o wiele wyraźniejsze, jest po prostu to, że nasze detektory stały się znacznie dokładniejsze w ciągu ostatnich 10 lat – mówi fizyk z Cornell Keefe Mitman, stypendysta NASA Hubble w Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science w College of Arts and Sciences.

Przełomowa detekcja fal grawitacyjnych

Fala grawitacyjna GW250114 – czyli swoiste zmarszczki czasoprzestrzeni wywołane zderzeniem dwóch czarnych dziur – dotarła do amerykańskich obserwatoriów fal grawitacyjnych LIGO z interferometrem laserowym 14 stycznia 2025 r. Cornell Keefe Mitman i współpracownicy udowodnili w analizie, że jest ona zgodna z ogólną teorią względności. Zderzenia czarnych dziur dają unikalną możliwość zbadania podstawowych praw fizyki.

– Kiedy dwie czarne dziury łączą się, zderzenie dźwięczy jak dzwon, emitując określone tony charakteryzujące się dwiema liczbami: częstotliwością oscylacyjną i czasem tłumienia. Jeśli wychwycisz jeden ton w danych ze zderzenia, możesz obliczyć masę i spin nowej czarnej dziury powstałej po zderzeniu. Jeśli jednak wychwycisz dwa lub więcej tonów w danych – na co pozwala wyraźny sygnał, taki jak GW250114 – to każdy z nich da pomiar masy i spinu. Jeśli te dwa pomiary są ze sobą zgodne, w praktyce weryfikujesz ogólną teorię względności. Ale jeśli zmierzysz dwa tony, które nie pasują do tej samej kombinacji masy i spinu, możesz zacząć badać, jak bardzo odbiega to od przewidywań ogólnej teorii względności – wyjaśnia Cornell Keefe Mitman.

Sygnał GW250114 był na tyle wyraźny, że naukowcy mogli zmierzyć dwa tony. Oba zgadzają się z ogólną teorią względności Einsteina. Mitman i współpracownicy uważają, że możliwe jest, iż przyszłe fale grawitacyjne nie będą zgodne z ogólną teorią względności Einsteina, co pozwoli na badanie nierozwiązanych do tej pory kwestii.

Czarne dziury tworzą dźwięczące zmarszczki w czasoprzestrzeni

Polowanie na grawitację kwantową

Fizycy podejrzewają, że ogólna teoria względności Einsteina jest w niektórych aspektach błędna, ponieważ nie uwzględnia wielu rzeczy we wszechświecie związanych z grawitacją, takich jak ciemna energia i ciemna materia. Ponadto ogólna teoria względności załamuje się, gdy fizycy próbują uczynić ją spójną z fizyką, której używają do opisu sfery kwantowej.

– Musi istnieć jakiś sposób na rozwiązanie tego paradoksu, aby teoria grawitacji była spójna z teorią mechaniki kwantowej. Spodziewamy się pewnych odchyleń od klasycznych przewidywań Einsteina, gdzie można dostrzec ślady grawitacji kwantowej odciskane na sygnałach fal grawitacyjnych. Mamy nadzieję, że pewnego dnia uda nam się zaobserwować te odchylenia, co pomoże nam zrozumieć, jak mogłaby wyglądać prawdziwa teoria grawitacji kwantowej – konkluduje Cornell Keefe Mitman.

Źródło: https://phys.org/news/2026-01-gravitational-einstein-theory-general.html