La începutul lunii decembrie 2018 a fost făcut public primul catalog al undelor gravitaționale descoperite până în prezent. În acest catalog au intrat patru noi unde gravitaționale, generate de sisteme binare de găuri negre care colapsează într-o unică gaură neagră. Dintre aceste patru noi unde gravitaționale face parte și cea care corespunde celor mai îndepărtate găuri negre descoperite până în prezent.
Undele gravitaționale, prezise acum mai bine de o sută de ani de teoria relativității generale a lui Einstein, reprezintă deformări ale spațiului și timpului care se generează atunci când corpuri cu masa foarte mare se mișcă accelerat. Aceste unde se propagă în Univers, generând la rândul lor deformări ale spațiului și timpului.
Anul 2015 a marcat prima reușită privind măsurarea acestor unde gravitaționale generate în coliziunea dintre două găuri negre îndepărtate; ea a fost realizată de către două antene gravitaționale LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) din SUA. Aceste antene se bazează pe fenomenul de interferență a unor fascicule de laser, care este sensibil la deformări infime ale spațiului (mai mici decât raza unui proton). Între timp a intrat în funcțiune și antena Virgo din Italia, care, la rândul ei, cu ajutorul interferenței, măsoară vibrații spațio-temporale generate de trecerea unei unde gravitaționale.
La începutul lui decembrie 2018, în cadrul Gravitational Physics and Astronomy Workshop de la College Park, Maryland, unde s-au reunit grupurile de cercetători care lucrează la LIGO și Virgo, a fost făcut public primul catalog al undelor gravitaționale descoperite până acum.
În acest catalog sunt prezente 11 unde gravitaționale: 10 sunt generate de coliziuni de găuri negre iar una de coliziunea a două stele de neutroni. Aceste unde au fost măsurate de către LIGO și Virgo în primele două campanii de măsurători, desfășurate între 12 septembrie 2015 – 19 ianuarie 2016 și respectiv 30 noiembrie 2016 – 25 august 2017.
Cum se generează aceste unde? Atunci când, de exemplu, două găuri negre se rotesc una în jurul celeilalte, ele pierd energie emițând unde gravitaționale. Acest lucru are ca rezultat apropierea găurilor negre, care se rotesc cu viteze din ce în ce mai mari, până când, inevitabil, se ciocnesc generând o unică gaură neagră. În urma acestui proces, parte din masa inițială a celor două găuri negre se transformă în energia undelor gravitaționale: masa găurii negre finale este deci mai mică decât suma maselor celor două găuri negre inițiale. Undele gravitaționale sunt unicul instrument cu ajutorul căruia pot fi studiate aceste sisteme binare de găuri negre, despre care, până la descoperirea efectuată de LIGO, nu se știa nimic – erau invizibile oricărui alt instrument.
Dintre cele patru noi unde gravitaționale raportate la conferința din Maryland face parte și cea denumită GW170729, înregistrată pe 29 iulie 2017. Ea corespunde unui sistem de găuri negre situat la incredibila distanță de 5 miliarde de ani lumină față de noi – cel mai îndepărtat sistem binar de găuri negre măsurat vreodată. Altfel spus, această undă gravitațională a pornit spre noi înainte de nașterea Pământului. Sistemul Solar nu exista atunci când cele două găuri negre s-au unit într-una singură, cu masa de circa 80 de ori mai mare ca a Soarelui. În acest proces, o masă de circa cinci ori cea a stelei noastre s-a transformat în energia undelor gravitaționale.
La ora actuală nu se știe cât de multe găuri negre există în Univers. Din acest motiv, și procesul care a dus la nașterea lor este încă învăluit în mister. Printre diversele ipoteze enunțate se numără și cea care propune că aceste găuri negre cu mase de zeci de ori cea a Soarelui s-ar fi născut imediat după Big Bang, în urma fluctuațiilor de densitate. În acest caz, în Univers ar putea exista foarte multe găuri negre de acest gen. Cu ajutorul antenelor gravitaționale pot fi detectate însă doar cele care formează sisteme binare ce se unesc într-o unică gaură neagră, generând astfel unde gravitaționale. Găurile negre izolate nu pot fi măsurate prin această metodă.
LIGO și Virgo vor începe o nouă campanie de măsurători în primăvara anului viitor, cu aparate îmbunătățite. Cu siguranță catalogul undelor gravitaționale se va îmbogăți grație acestei noi forme de astronomie, care ne ajută să vedem aspecte invizibile telescoapelor de unde electromagnetice.
