Un pas semnificativ în descifrarea găurilor negre: Explicarea disonanței din undele gravitaționale
Un mister ce a persistat de mai bine de trei decenii în domeniul astrofizicii a fost recent elucidat de către un cercetător de la Universitatea Metropolitană din Tokyo, Japonia. Profesorul asociat Hayato Motohashi a expus originea fenomenului denumit „disonanță” în undele gravitaționale generate de găurile negre. Descoperirea sa, publicată în renumita revistă Physical Review Letters, deschide un nou capitol în spectroscopia găurilor negre și are potențialul de a transforma modul în care analizăm semnalele gravitaționale detectate pe Pământ.
Ce sunt undele gravitaționale și ce înseamnă disonanța?
Undele gravitaționale reprezintă fluctuații ale structurii spațiu-timp cauzate de mișcările accelerate ale maselor colosale, cum ar fi fuziunea sau colapsul găurilor negre. Aceste unde au fost teoretizate de Albert Einstein și confirmate empiric de observatoarele LIGO și Virgo abia în 2015, marcând începutul unei noi ere în astronomie.
Atunci când două găuri negre se combină, ele generează perturbații care pot fi „ascultate” de detectoare sub forma unui semnal gravitațional. În ultima parte a acestui semnal — numită „zvâcnirea de inelare” (ringdown) — găurile negre vibrează asemenea unui clopot. Aceste vibrații pot fi deduse matematic și interpretate prin așa-numitele „moduri caracteristice” în care o gaură neagră poate rezona.
Cu toate acestea, aici a apărut dificultatea. În 1997, fizicianul Hisashi Onozawa a observat o anomalie: un anumit mod de rezonanță părea să se comporte diferit de celelalte — fenomen denumit ulterior „disonanță”. Deși inițial s-a crezut că este vorba despre o eroare de calcul, disonanța a rămas persistentă chiar și utilizând resurse computaționale din ce în ce mai avansate.
Explicarea disonanței prin fizica non-Hermitiană
După trei decenii de incertitudini, Hayato Motohashi a oferit o explicație elegantă și originală. Folosind calcule extrem de precise și bazându-se pe un nou cadru teoretic inspirat din fizica non-Hermitiană — un domeniu de intersecție între matematică, optică și mecanica cuantică — cercetătorul a dovedit că „disonanța” nu este o eroare, ci rezultatul unei interacțiuni subtile între două moduri de oscilație distincte.
Mai exact, este vorba despre o rezonanță între moduri, comparabilă în principiu cu cele observate în acustică sau optică, însă la o scară cosmică. Această interacțiune generează o „abatere” de la comportamentul anticipat al vibrațiilor obișnuite, fenomen ce a creat confuzie în modelele anterioare.
Această descoperire sugerează că găurile negre nu vibrează într-un mod „pur” și separat pentru fiecare mod de oscilație, ci într-un sistem mult mai complex, unde modurile pot interacționa și „interferează” reciproc, asemenea sunetelor dintr-un instrument muzical acordat pe mai multe octave.
Consecințe pentru spectroscopia găurilor negre
Spectroscopia găurilor negre este un domeniu emergent care, similar cu spectroscopia din chimie, își propune să examineze „semnătura” vibrațională a acestor obiecte cerești pentru a determina caracteristici fundamentale: masa, spinul (momentul unghiular) și chiar posibilele deviații de la relativitatea generală.
Înțelegerea impactului rezonanțelor între moduri poate spori semnificativ precizia în extragerea informațiilor din undele gravitaționale. Aceasta se dovedește a fi esențială, mai ales în contextul în care comunitatea științifică internațională se pregătește pentru următoarea generație de detectoare precum LISA (Laser Interfer
