Analizom gravitacijskog vala GW241011 istraživači su isključili jednu skupinu mogućih objašnjenja za masivniji objekt u sudaru: određene modele rotirajućih bozonskih zvijezda. Rezultat ne potvrđuje da je objekt crna rupa niti isključuje sve druge mogućnosti. Pokazuje kako se gravitacijski valovi mogu iskoristiti za ispitivanje građe vrlo zbijenih objekata.
Oznaka GW241011 upućuje na datum zabilježenog događaja, 11. listopada 2024. Signal je nastao spajanjem dvaju kompaktnih objekata. Istraživači su se usredotočili na masivniji objekt i proučili što se iz njegova gravitacijskog signala može zaključiti o rotaciji i raspodjeli mase.
Gravitacijske valove bilježe laserski interferometri. Dok val prolazi Zemljom, neznatno mijenja duljinu krakova detektora. Iz tih promjena istraživači rekonstruiraju oblik signala i procjenjuju svojstva sustava koji ga je proizveo. Kvaliteta signala GW241011 omogućila je procjenu kvadrupolnog momenta masivnijeg objekta, parametra povezanog s njegovom rotacijom i raspodjelom mase.
Detektori ne mjere kvadrupolni moment izravno niti snimaju površinu objekta. Istraživači ga procjenjuju uspoređujući zabilježeni val s računalnim modelima za objekte različite mase, rotacije i unutarnje građe. Na procjenu utječu kvaliteta signala i pretpostavke ugrađene u modele; nesigurnost u jednom parametru može utjecati i na procjene drugih.
Rotacija ostavlja trag u gravitacijskom valu
Dok se dva kompaktna objekta približavaju, frekvencija gravitacijskog vala raste, a oblik signala postupno se mijenja. Oblik signala otkriva podatke o masi i gibanju objekata, kao i o raspodjeli njihove mase. Kvadrupolni moment opisuje raspodjelu mase u odnosu na os rotacije. Odstupanje od kuglastog oblika može promijeniti njegovu vrijednost i ostaviti trag u gravitacijskom signalu.
Prema Kerrovu rješenju, koje opisuje rotirajuću crnu rupu, njezina masa i rotacija određuju kvadrupolni moment. Kod drugih kompaktnih objekata unutarnja građa može promijeniti taj odnos.
Crnu rupu omeđuje horizont događaja, granica iza koje ni svjetlost ne može pobjeći. Drukčija unutarnja građa drugih kompaktnih objekata mogla bi se odraziti na njihov kvadrupolni moment i ostaviti drukčiji trag u gravitacijskom valu.
Jedna od mogućih alternativa crnoj rupi jest bozonska zvijezda – hipotetski vrlo zbijen objekt čiju bi građu opisivalo kvantno polje bozona. Za razliku od Sunca, u njoj ne bi tekla nuklearna fuzija. Neki modeli predviđaju bozonske zvijezde toliko zbijene da bi signal njihova spajanja nalikovao signalu crne rupe. Razlike bi se mogle uočiti tek preciznom analizom oblika vala i kvadrupolnog momenta.
Masa i rotacija pomažu usporediti GW241011 s drugim zabilježenim spajanjima kompaktnih objekata. U ranijoj analizi gravitacijskih valova istraživači su izdvojili tri populacije spajanja crnih rupa koje se razlikuju po masi i drugim obilježjima.
Mjerenje isključuje samo određene modele
U radu objavljenom 14. kolovoza 2026. u časopisu Physical Review Letters autori su usporedili procijenjeni kvadrupolni moment s predviđanjima teorijskih modela. Podaci nisu u skladu s određenim modelima rotirajućih bozonskih zvijezda koji uključuju kvartičnu samointerakciju – poseban oblik međudjelovanja kvantnog polja sa samim sobom. Ti modeli ne mogu objasniti svojstva masivnijeg objekta u GW241011. Drugi modeli, uključujući one koji predviđaju dovoljno zbijen objekt, i dalje se mogu uklopiti u rezultate.
To ne isključuje bozonske zvijezde općenito: istraživanje je obuhvatilo samo određenu skupinu modela, dok drugi, dovoljno zbijeni modeli i dalje mogu odgovarati podacima. Procjene mase i rotacije ovise o kvaliteti signala, pa je za čvršći zaključak potrebno analizirati veći broj spajanja.
Novi signali omogućit će strožu provjeru
Analiza novih događaja koje zabilježe detektori LIGO, Virgo i KAGRA pokazat će ponavlja li se očekivana veza između mase, rotacije i kvadrupolnog momenta u drugim sustavima.
Dosljedno odstupanje budućih signala od predviđanja za crne rupe otvorilo bi prostor za druga objašnjenja, dok bi podudaranje tih signala s istim predviđanjima dodatno poduprlo opću teoriju relativnosti.
