Bezprecedentní pohled na splynutí dvojice černých děr

Nové pohledy na dvě srážející se černé díry potvrzují předpovědi Stephena Hawkinga s využitím teorie relativity Alberta Einsteina. Když se dvě černé díry srazí a splynou, uvolní gravitační vlny. Tyto vlny mohou být detekovány detektory LIGO, Virgo a KAGRA na zemském povrchu, což vědcům umožňuje určit hmotnost a rotaci černých děr. Dosud nejjasnější signál sloučení černých děr, pojmenovaný GW250114, který detektor LIGO zaznamenal v lednu 2025, nabízí nový pohled na tyto záhadné kosmické giganty.

Deset let poté, co vědci poprvé detekovali gravitační vlny vycházející ze dvou srážejících se černých děr, výzkumný tým LIGO-Virgo-KAGRA, který vedl profesor astronomie z Kolumbijské univerzity Maximilian Isi, zaznamenal signál z téměř identické srážky černých děr. Vylepšená detekční technologie umožnila vědcům vidět černé díry téměř čtyřikrát jasněji než před deseti lety a potvrdila dvě důležité předpovědi: slučující se černé díry vždy pouze rostou nebo zůstávají stabilní co do velikosti – jak předpovídal zesnulý fyzik Stephen Hawking – a že když jsou narušeny, zvoní jako zvon, jak předpovídala teorie obecné relativity Alberta Einsteina.

„Tento bezprecedentně jasný signál splynutí černých děr známého jako GW250114 prověřuje některé z našich nejdůležitějších domněnek o černých dírách a gravitačních vlnách,“ řekl Maximilian Isi.

V roce 1971 Stephen Hawking předpověděl, že horizont událostí černé díry – její vnější hranice, za kterou nemůže nic uniknout, včetně světla – se nikdy nemůže zmenšit.

V roce 2021 Isi a jeho spolupracovníci s využitím dat z detektoru gravitačních vln LIGO studovali gravitační vlny – vysokoenergetické vlnění ve struktuře časoprostoru – emitované srážkou dvou slučujících se černých děr, aby na základě pozorování potvrdili Hawkingovu teorii. New York Times tehdy napsal, že pokud by Isiho potvrzení proběhlo před Hawkingovou smrtí, mohlo by mu to pomoci získat Nobelovu cenu.

Nové výsledky potvrzují tento dřívější závěr s mnohem vyšší přesností a nabízejí další důkazy o tom, že povrch sloučené černé díry není nikdy menší než součet dvou původních černých děr, které ji vytvořily. Nový článek dokázal dosáhnout této bezprecedentní přesnosti využitím dat z obou detektorů LIGO, z nichž jeden se nachází ve státě Washington a druhý v Louisianě.

Vědci byli také schopni izolovat a analyzovat gravitační vlny vyzařované černými dírami po jejich sloučení. Měřením výšky a trvání vln se dozvěděli více podrobností o struktuře a vlastnostech nově vytvořené černé díry. (Proces funguje podobně, jako analýza výšky zvuku vydávaného dutým nástrojem může napovědět o velikosti a tvaru nástroje i objektu, který do něj narazil.)

Vědci potvrdili, že sloučená černá díra je konzistentní s takzvanou „Kerrovou černou dírou“. Matematik Roy Kerr v 60. letech 20. století vyřešil Einsteinovy časoprostorové rovnice a navrhl detailní matematické řešení toho, jaká by měla být přesná gravitace, prostor a čas černé díry. Fyzici se domnívají, že všechny černé díry musí být popsány Kerrovým řešením, ale potvrdit to je velmi náročné. Studiem vibrací finální černé díry v tomto mimořádně jasném signálu získali Isi a spolupráce detektorů LIGO dosud nejpřímější důkaz, že se černé díry chovají tak, jak Kerr předpověděl.

„V příštím desetiletí se detektory gravitačních vln, jako je LIGO, budou dále zlepšovat a poskytnou nám ostřejší pohled na černé díry a jejich záhady,“ řekl Isi. „Nemůžu se dočkat, co zjistíme.“

Zdroj: https://news.columbia.edu/news/unprecedented-view-merging-black-holes; https://www.birmingham.ac.uk/news/2025/hawking-and-kerr-black-hole-theories-confirmed-by-gravitational-wave a https://www.mpg.de/25343549/clearest-gravitational-wave-signal

autor: František Martinek