Misiunea LISA: noi descoperiri despre „părul” găurilor negre ar putea schimba fizica modernă9 min read

Descoperirile recente sugerează că găurile negre ar putea fi mult mai complexe decât se credea inițial. Misiunea spațială LISA, aprobată de Agenția Spațială Europeană și NASA, promite să dezvăluie misterele ascunse ale acestor formațiuni cosmice.

Fizicienii consideră găurile negre drept unele dintre cele mai enigmatice obiecte din univers. Paradoxal, ele sunt considerate, de asemenea, unele dintre cele mai simple. De mulți ani, cercetătorii au încercat să demonstreze complexitatea găurilor negre, în ciuda aspectului lor simplist. O nouă misiune spațială, denumită LISA (de la Laser Interferometer Space Antenna),// Detalii pe lisamission.org // organizată de un consorțiu din care fac parte Agenția Spațială Europeană (ESA), statele membre, inclusiv România, și NASA și aprobată pentru a fi lansată în 2035 are ca scop aflarea unor răspunsuri despre natura acestor formațiuni cosmice masive. 

În anii 1970, cercetările sugerau că o gaură neagră ar putea fi descrisă complet prin doar trei atribute fizice: masă, sarcină și rotire. Pe măsură ce stelele masive muribunde sunt consumate de găuri negre, toate celelalte caracteristici – cum ar fi compoziția detaliată, densitatea și profilele de temperatură – dispar. Această simplitate este încapsulată în teorema „fără păr”, care postulează că găurile negre nu au detalii „păroase” sau trăsături complexe.

Cu toate acestea, astrofizicienii au explorat de mult și ideea existenței găurilor negre „păroase”. Acestea ar fi găuri negre care posedă o proprietate fizică măsurabilă în plus față de masă, sarcină sau rotire. Această proprietate trebuie să fie un aspect permanent al structurii găurii negre.

Acum aproape un deceniu, Stefanos Aretakis, un fizician de la  Universitatea din Toronto, a furnizat dovezi matematice// „Horizon Instability of Extremal Black Holes”, arxiv.org // potrivit cărora o gaură neagră extremală încărcată – una care deține sarcina maximă posibilă – ar dezvolta „păr la orizontul său. Orizontul este limita dincolo de care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa. Deși analiza lui Aretakis a fost teoretică și bazată pe un scenariu foarte simplificat, ea a deschis ușa posibilității ca și alte tipuri de găuri negre să prezinte păr.

Identificarea și Analizarea „Părului” Găurilor Negre

O echipă de cercetători de la  NASA// „Extremal hairy black holes”, harvard.edu // a lucrat la metode de măsurare a acestui păr, adică au căutat o proprietate intrinsecă care ar putea caracteriza o gaură neagră în plus față de masă, rotire și sarcină. Ei s-au concentrat pe modul în care o astfel de proprietate ar putea lăsa o amprentă pe undele gravitaționale emise de găuri negre cu rotație rapidă.

Undele gravitaționale reprezintă mici perturbări ale spațiu-timpului, de obicei generate de evenimente astrofizice violente. Coliziunile dintre obiecte compacte, cum ar fi găurile negre și stelele neutronice, produc unde gravitaționale puternice, care sunt detectate în mod regulat de o rețea internațională de observatoare, inclusiv de Observatorul cu Interferometru Laser pentru Unde Gravitaționale (LIGO)// Detalii pe ligo.caltech.edu // din Statele Unite.

Ilustrație: ESA

De ce este atât de importantă misiunea LISA

În luna ianuarie a anului 2024, Agenția Spațială Europeană a aprobat// „Capturing the ripples of spacetime: LISA gets go-ahead”, esa.int // oficial misiunea Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Navele lansate în cadrul misiunii vor căuta unde gravitaționale, iar datele lor ar putea fi cruciale pentru a răspunde întrebărilor cercetătorilor despre găurile negre păroase.

Cu aprobarea oficială, LISA trece în faza de construcție, și are ca obiectiv lansarea în 2035. Misiunea constă din trei sateliți aranjați într-un triunghi echilateral, care vor urma Pământul în jurul Soarelui. Fiecare satelit va fi situat la 2,5 milioane de kilometri distanță de ceilalți și va schimba raze laser pentru a măsura distanțele cu o precizie incredibilă, până la aproximativ o miliardime de inch.

„LISA va putea să cerceteze întregul Univers în căutarea acestor unde eluzive, de la cele mai mici până la cele mai mari scări – nu doar undele de frecvență înaltă menționate anterior, ci și pe cele de frecvență joasă provenite din alte surse (cum ar fi cele de la fuziunea găurilor negre supermasive din nucleele galaxiilor masive). Pentru a detecta undele gravitaționale de frecvență joasă, un observator trebuie să se întindă pe milioane de kilometri – ceva ce poate fi realizat doar în spațiu.”//„LISA factsheet”, esa.int //

LISA va detecta unde gravitaționale de la găuri negre supermasive, care pot fi de milioane sau miliarde de ori mai masive decât Soarele. Misiunea va cartografia spațiu-timpul în jurul găurilor negre rotative, ceea ce va oferi perspective fără precedent asupra modului în care gravitația funcționează în apropierea acestor obiecte. Fizicienii anticipează că LISA va fi, de asemenea, capabilă să măsoare orice atribute păroase ar putea avea găurile negre.

Cu LIGO, care face observații zilnice, și LISA, pregătită să ofere o privire de ansamblu asupra spațiu-timpului în jurul găurilor negre, deceniul următor va fi un moment extrem de interesant pentru fizicienii specializați în găuri negre. Datele și descoperirile viitoare promit să adâncească înțelegerea cercetătorilor asupra acestor fenomene cosmice fascinante.