Zgomotul de fond al Universului: Unde gravitaţionale generate de găuri negre au fost detectate pentru prima oară

Zgomotul de fond emis de vârtejul de găuri negre gigantice a fost identificat de astronomi datorită unei tehnici noi de detectare a undelor gravitaţionale, care deschide „o nouă fereastră către Univers”, informează AFP, citată de News.ro.

Aceste rezultate, dezvăluite joi, sunt rodul unei vaste colaborări între cele mai mari radiotelescoape din lume. Acestea au reuşit să capteze această vibraţie a Universului cu o „precizie de ceasornic”, au spus autorii cercetării, publicată simultan în mai multe reviste ştiinţifice.

Prevăzute de Einstein în 1916 şi detectate o sută de ani mai târziu, undele gravitaţionale sunt deformaţii minuscule ale spaţiului-timp, asemănătoare cu ondulaţiile apei de la suprafaţa unui iaz. Aceste oscilaţii, care se propagă cu viteza luminii, sunt provocate de evenimente cosmice violente, cum ar fi coliziunea a două găuri negre.

Ele pot fi legate de fenomene masive, dar semnalul lor este extrem de slab. În 2015, detectoarele de unde gravitaţionale Ligo (SUA) şi Virgo (Europa) au revoluţionat astrofizica prin detectarea trepidaţiilor foarte scurte – mai puţin de o secundă – ale coliziunilor dintre găuri negre stelare, cu o masă de aproximativ zece ori mai mare decât cea a Soarelui.

De data aceasta, un semnal mult mai prelungit în timp trădează un fenomen de mai mare amploare, captat de o reţea de radiotelescoape (din Europa, America de Nord, India, Australia şi China) în cadrul consorţiului International Puslar Timing Array (IPTA).

Vorbim aici de unde gravitaţionale generate de găuri negre „de câteva milioane până la câteva miliarde de ori mai mari decât masa Soarelui”, a declarat pentru AFP Gilles Theureau, astronom la Observatorul Paris-PSL, care a coordonat lucrările din partea franceză.

„Tic-tac-ul” pulsarilor

Pentru a detecta aceste unde, cercetătorii au folosit un instrument nou: pulsarii din Calea Lactee. Aceste stele au particularitatea de a avea o masă de unu la doi Sori, comprimată într-o sferă cu un diametru de aproximativ zece kilometri.

Ultracompacte, aceste stele se învârt pe ele însele cu mare viteză – până la 700 de rotaţii pe secundă, explică cercetătorul de la CNRS. Această rotaţie nebună produce radiaţii magnetice la poli, precum razele unui far, care pot fi detectate prin intermediul undelor radio emise la frecvenţe joase.

La fiecare rotaţie, pulsarii trimit „bipuri” ultra-regulare, ceea ce face din ei „remarcabile ceasuri naturale”, a spus Lucas Guillemot, de la Laboratorul de Fizică şi Chimie a Mediului şi Spaţiului (LPC2E) din Orléans.

Cercetătorii au catalogat grupuri de pulsari pentru a obţine o „grilă celestă” în meandrele spaţiului-timp. Şi au reuşit să măsoare o perturbare minusculă a ticăitului lor, cu „schimbări de mai puţin de o milionime de secundă pe parcursul a peste 20 de ani”, potrivit lui Antoine Petiteau, de la Commissariat a l’énergie atomique (CEA).

Aceste întârzieri au fost corelate, marca unei „perturbaţii comune tuturor pulsarilor”, potrivit lui Gilles Theureau: semnătura caracteristică a undelor gravitaţionale. A fost un moment magic”, a declarat Maura McLaughlin, de la reţeaua americană Pulsar Search Collaboratory, în cadrul unei conferinţe de presă.

Care este sursa acestor unde? Ipoteza preferată indică perechi de găuri negre supermasive, fiecare mai mare decât sistemul nostru solar, „gata să se ciocnească”, spune Gilles Theureau.

Antoine Petiteau descrie doi giganţi care „se învârt unul în jurul celuilalt înainte de a fuziona”, un dans care provoacă unde gravitaţionale cu „o perioadă cuprinsă între câteva luni şi câţiva ani”.

Un zgomot de fond continuu pe care Michael Keith, de la European Pulsing Timing Array (EPTA), îl compară cu „un restaurant zgomotos cu mulţi oameni care vorbesc în jurul tău”.

„Măsurătorile nu ne permit încă să spunem dacă acest zgomot trădează prezenţa câtorva perechi de găuri negre sau a unei întregi populaţii”. O altă ipoteză sugerează o sursă în cele mai timpurii vârste ale Universului, când acesta a trecut printr-o perioadă cunoscută sub numele de inflaţie.

„Deschidem o nouă fereastră către Univers”, a afirmat Gilles Theureau. Adăugăm o nouă gamă de vectori de informaţii”, adaugă Antoine Petiteau, „în completarea cercetărilor efectuate de Ligo şi Virgo, care operează la lungimi de undă diferite. În special, acest lucru ar putea face lumină în ceea ce priveşte misterul formării găurilor negre supermasive.

Cu toate acestea, studiile vor trebui să fie efectuate mai în profunzime dacă dorim să facem o detecţie complet robustă, ceea ce sperăm să facem peste un an. Criteriul absolut fiind „că există mai puţin de o şansă la un milion ca acest lucru să se întâmple din întâmplare”, subliniază Observatoire de Paris, CNRS, CEA şi universităţile Orléans şi Paris Cité, într-un comunicat de presă.