Misterul fuziunii „imposibile” a unor găuri negre ar putea fi elucidat datorită lui Einstein. Cum s-ar putea revoluționa astronomia

Recentele cercetări sugerează că un semnal generat de o două găuri negre aflate în coliziune, ar fi putut fi distorsionat de un fenomen spațio-temporal cunoscut sub numele de lentilă gravitațională. Teoria ar putea explica, în sfârșit, dimensiunea „imposibilă” a singularităților care fuzionează. Dar, totodată, o nouă problem, scrie Livescience.com.

VIDEO Ion Cristoiu: Cum i-a dat una peste bot Siegfried Mureșan președintelui Nicușor Dan. În direct și la oră de vârf

10:52

ALEGERI Alegeri în Rusia, la Ambasada de la București. Românii au taxat ironic scrutinul electoral: „Credeam că e cartea de condoleanțe pentru Putin”

10:51

 Loading ...

Astronomii bănuiesc că o variantă inedită a unui fenomen spațio-temporal ar putea explica o fuziune „imposibilă” a unor găuri negre, un fenomen care i-a nedumerit pe experți, de mai mulți ani.

La 23 noiembrie 2023, ambele componente ale Observatorului de Interferometrie Laser pentru Unde Gravitaționale (LIGO) — situate în statele Washington și Louisiana, au detectat un set neobișnuit de unde gravitaționale. Aceste oscilații în țesătura spațiu-timp pot fi declanșate de unele dintre cele mai puternice evenimente din univers, cum ar fi exploziile stelare și rotația rapidă a stelelor neutronice. În acest caz, însă, semnalul denumit GW231123 a provenit de la o pereche de găuri negre care au fuzionat la o distanță de aproximativ 2 miliarde de ani-lumină de Pământ.

Cea mai masivă coliziune de găuri negre de până acum

Evenimentul a atras atenția, fiind considerat cea mai masivă coliziune de găuri negre înregistrată până la ora actuală. Cele două găuri negre inițiale au dat naștere unei singularități cu o masă de aproximativ 230 de ori mai mare decât cea a Soarelui. Singura problemă este că găurile negre implicate în coliziune, având mase de 100, respectiv 130 de mase solare, sunt prea mari pentru a putea fi explicate prin prisma actualelor noastre cunoștințe despre univers.

Cele două obiecte se încadrează în ceea ce astronomii numesc „interval de masă” (sau „gol de masă”): sunt prea mari pentru a fi găuri negre de masă stelară, formate prin colapsul stelelor, dar mai mici decât găurile negre de masă intermediară, a căror natură nu este încă pe deplin înțeleasă. Un aspect și mai neobișnuit este faptul că, în momentul coliziunii, găurile negre se roteau mult mai rapid decât se crezuse inițial.

Cercetătorii au avansat câteva explicații posibile pentru dimensiunile „interzise” ale acestor găuri negre. Un studiu publicat în 2025 a propus un nou mecanism de formare a unor astfel de obiecte: colapsul unor stele mai masive care, în mod normal, ar fi explodat sub formă de supernove. Această ipoteză contrazice însă numeroase dovezi observaționale anterioare.

Într-un studiu publicat pe 25 august în The Astrophysical Journal Letters, cercetătorii propun o explicație mai simplă pentru evenimentul GW231123. Aceștia sugerează că semnalul provenit din fuziune a fost distorsionat de un fenomen spațio-temporal neobișnuit, numit lentilă gravitațională. Ea apare atunci când radiațiile provenite din surse îndepărtate traversează regiuni de spațiu-timp deformate de gravitația unor obiecte masive situate în prim-plan.

S-a demonstrat anterior că acest efect amplifică sau distorsionează în diverse moduri sursele de lumină îndepărtate. Totuși, până acum, cercetătorii nu descoperiseră nicio dovadă că fenomenul de lentilă gravitațională ar putea afecta și undele din spațiu-timp.

„La fel ca lumina, și undele gravitaționale pot fi deviate, amplificate și divizate în semnale multiple de către obiecte masive”, a declarat într-un comunicat coautorul studiului, Miguel Zumalacárregui, astrofizician la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională din Germania.

„În cazul undelor gravitaționale, efectele de difracție și interferență ne oferă o modalitate suplimentară de a identifica și studia semnalele supuse fenomenului de lentilă gravitațională.”

Amplificarea cosmică

Conceptul de lentilă gravitațională a fost propus pentru prima dată în 1915, în cadrul teoriei relativității generale a lui Albert Einstein. Aceasta susține că gravitația obiectelor masive, precum galaxiile sau găurile negre, curbează spațiu-timpul din jurul lor. Dacă un astfel de obiect este poziționat exact între Pământ și un alt obiect mai îndepărtat, lumina provenită de la entitatea îndepărtată poate traversa spațiu-timpul distorsionat, curbându-se practic în jurul obiectului intermediar. Drept urmare, lumina poate fi amplificată, difractată sau modificată în alte moduri, exact așa cum s-ar întâmpla dacă ar trece printr-o lentilă de sticlă.

Acest efect poate crea spectacole uimitoare, inclusiv aureole luminoase cunoscute sub numele de inele Einstein. Studiind aceste fenomene luminoase inedite, cercetătorii pot determina masa obiectelor care acționează ca lentile.

În noul studiu, cercetătorii au simulat modul în care undele gravitaționale ar putea fi modificate de un obiect care acționează ca o lentilă gravitațională. Aceștia au descoperit că semnalul GW231123 ar fi putut fi amplificat, fapt ce ar fi dus la o supraestimare semnificativă a maselor găurilor negre implicate.

„Dacă presupunem că GW231123 a fost deviat și distorsionat de un obiect compact cu o masă cuprinsă între aproximativ 190 și 850 de mase solare — sau de o structură extinsă, precum un roi globular — putem explica masele mari observate”, a declarat în comunicat Srashti Goyal, autorul principal al studiului și cercetător postdoctoral la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională. „Mai mult, interpretarea bazată pe efectul de lentilă nu necesită valori neobișnuit de mari ale spinului.”

Ținând cont de acest aspect, masa totală a găurii negre rezultate în urma fuziunii ar fi de aproximativ 140 de mase solare, și nu de 230 de mase solare, cât măsuraseră inițial cercetătorii. Acest lucru înseamnă că găurile negre care au fuzionat nu se mai încadrează în problematicul „interval de masă”. De asemenea, ipoteza sugerează că gaura neagră s-ar putea afla la o distanță și mai mare de Pământ decât estimaseră astronomii.

Totuși, deși fenomenul de lentilă gravitațională aplicat undelor gravitaționale este posibil din punct de vedere teoretic, acesta nu a mai fost observat până acum. Noul studiu este, de asemenea, pur teoretic, iar cercetătorii nu dispun de dovezi directe ale efectului de lentilă, cum ar fi un inel Einstein asociat, așadar sunt necesare cercetări suplimentare pentru a demonstra că acesta este scenariul care a avut loc în acest caz, au precizat autorii studiului.

Un nou mister

Noua teorie ar putea, în sfârșit, să elucideze misterul GW231123, dar ar duce la un nou mister: ce anume a acționat ca lentilă gravitațională pentru acest semnal?

În majoritatea cazurilor de lumină deviată prin efect de lentilă gravitațională, obiectul care produce acest efect este unul gigantic, precum o galaxie, putând avea o masă de mii de miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui. Totuși, modelele cercetătorilor sugerează că, în acest caz, eventualul obiect responsabil pentru efectul de lentilă ar trebui să fie mult mai mic; or, aceștia nu au reușit să identifice niciun obiect care să corespundă acestor caracteristici în spațiul dintre Pământ și punctul de origine al semnalului GW231123.

„Natura lentilei rămâne un mister major în analiza noastră, întrucât lentilele compacte individuale cu mase cuprinse între 100 și 1.000 de mase solare ar trebui să fie extrem de rare”, a declarat Zumalacárregui.

„Cercetările viitoare vor trebui să stabilească dacă astfel de lentile se pot forma sau dacă un ansamblu de obiecte mai ușoare, inclusiv stele, poate explica acest eveniment.

Dacă echipa reușește să determine ce anume a amplificat semnalul și să demonstreze că undele din țesătura spațiu-timpului au fost deviate, acest lucru ar putea revoluționa astronomia viitoare. Posibilitatea ca undele gravitaționale să fie supuse fenomenului de lentilă gravitațională deschide calea către studierea fuziunilor antice de găuri negre sau a altor evenimente cosmice similare, care, altfel, s-ar afla la distanțe prea mari pentru a putea fi detectate. De asemenea, cercetătorii consideră că analizarea modelelor de difracție ale unor astfel de semnale ar putea oferi indicii suplimentare privind natura încă necunoscută a materiei întunecate.”