Taiteilijan näkemys yhdistyvistä mustista aukoista.
Kansainvälinen tutkijaryhmä on tehnyt tarkimman tähänastisen havainnon gravitaatioaalloista, jotka ovat peräisin kahdesta yhdeksi yhdistyneestä mustasta aukosta.
Aaltosignaali GW250114 taltioitui Yhdysvalloissa toimivan LIGO-havaintolaitteiston dataan alkuvuodesta 2025, kertoo Physical Review Letters -tiedejulkaisussa keskiviikkona julkaistu raportti.
Samaan havaintolaitteistoon tallentui myös vuonna 2015 vastaavanlainen, yhdistyneistä mustista aukoista alkunsa saanut signaali. Havaintolaitteisto on kehittynyt paljon kymmenessä vuodessa, ja anturit olivat uusimman havainnon aikaan neljä kertaa herkemmät kuin vuosikymmen sitten.
”Nyt havaitussa törmäyksessä oli mukana kaksi mustaa aukkoa, jotka näyttivät lähes identtisiltä verrattuna vuoden 2015 havaintoon liitettyihin aukkoihin. Molemmissa tapauksissa yhdistyneet aukot olivat massaltaan noin 30-kertaisia Auringon massaan nähden. Tämän vuoden ja vuoden 2015 signaalit olivat yhtä voimakkaita, mutta anturit ovat nykyisin niin paljon tarkempia kuin kymmenen vuotta sitten”, kertoo tutkijaryhmän jäsen, yhdysvaltalaisen Columbian yliopiston apulaisprofessori Maximiliano Isi tiedotteessa.
Apulaisprofessori johti vuonna 2021 tutkimusta, jossa vuoden 2015 aaltosignaalia testattiin brittiläisen fyysikon ja kosmologin Stephen Hawkingin (1942–2018) vuonna 1971 esittämän teoreeman puitteissa. Niin testattiin myös nyt.
Hawkingin ”kokonaispinta-alan teoreemana” tai Hawkingin toisena mustien aukkojen mekaniikkaa käsittelevänä lakina tunnettu teoreema esittää, että mustan aukon tapahtumahorisontin kokonaispinta-ala ei voi missään tapauksessa pienetä ajan myötä. Tapahtumahorisontti on mustan aukon alue, josta valo ei kykene enää pakenemaan.
Teoreema heijastelee myös saksalaisen fyysikon Rudolf Clausiuksen (1822-1888) vuonna 1850 kehittämän ”termodynamiikan toisen lain” toteamaa siitä, että suljetun termodynaamisen järjestelmän entropia eli epäjärjestystila ei voi koskaan hellittää, vain kasvaa. Hawking tajusikin Clausiuksen havaintojen pohjalta aukkojen olemusta tutkiessaan, että mustat aukot ovat termodynaamisia kappaleita, joissa on entropia, ja jotka säteilevät ympäröivään avaruuteen siksi, että aukon tapahtumahorisontin läheisyydessä esiintyy kvanttimekaanisia ilmiöitä.
Sekä uudessa että vuoden 2021 tutkimuksissa signaalit istutettiin Hawkingin teoreemaan niin, että tutkijat erottelivat gravitaatioaaltosignaaleista tiettyjä taajuuksia, joiden pohjalta he pystyivät tunnistamaan yhdistelmäaukkojen tapahtumahorisonttien kokonaispinta-aloista kertovia merkkejä.
Näiden merkkien avulla Hawking teoreemaa voitiin testata käytännössä. Vuoden 2021 tutkimuksessa nyt jo vuosikymmenen ikäinen signaali oli sen verran heikko anturien kehittymättömyyden vuoksi, että mittaus ja testaus oli rajoittunutta uuteen tutkimustyöhön verrattuna.
Tänä vuonna kehittyneellä laitteistolla taltioidulla tarkalla gravitaatioaaltosignaalihavainnolla tutkijat kykenivät tunnistamaan kahden törmänneen aukon jäänteestä kantautuneen aika-avaruuden ”kellon soinnin” eli tietynlaisen signaalin osasen, joka sai alkunsa vasta törmäyksen aiheuttaman voimakkaan tapahtumasarjan jälkeen.
Tämän osasen analysoinnin avulla tutkijaryhmä teki laskelmia yhdistelmäaukon ominaisuuksista ja varmisti, että kyseessä on todella pyörivä aukko, joka sai alkunsa kahden samanmassaisen ja samaa vauhtia pyörineen aukon yhdistyttyä yhdeksi.
Apulaisprofessori Isi kutsuu aukkojen identtisyyttä hyvin ainutlaatuiseksi ilmiöksi tiedotteessa.
Hawkingin teoreema toteutui aukon kohdalla, koska tapahtumahorisontin kokonaispinta-ala vain kasvoi, eikä pienentynyt.