Kad se crne rupe sudare, svemir odjekuje gravitacijskim valovima koji putuju milijardama godina do našeg planeta. No nakon početne eksplozije energije, ostaje ono što fizičari nazivaju kvazinormalnim modovima – oscilacijama prostor-vremena koje se gase u pravilnim, ali sve slabijim uzorcima. Upravo te oscilacije sadrže važne informacije o svojstvima novonastale crne rupe.
Njihovo točno izračunavanje oduvijek je predstavljalo izazov, osobito kada se pokušavaju uhvatiti one frekvencije koje najbrže nestaju.
Tim znanstvenika sa Sveučilišta u Kyotu odlučio je pristupiti problemu pomoću točne WKB analize – sofisticirane metode razvijene unutar matematičke fizike, ali rijetko primjenjivane na crne rupe. Ispostavilo se da je upravo taj pristup omogućio novi uvid u ponašanje valova koji nastaju nakon kolizije crnih rupa.
“Temelji ove metode postavljeni su zahvaljujući japanskim matematičarima, pa sam je i osobno doživljavao kao područje koje mi je prirodno blisko,” rekao je Taiga Miyachi, glavni autor studije objavljene u časopisu Physical Review D.
Kompleksni prostor otkriva skrivene obrasce
Ključ njihovog uspjeha bio je proširiti analizu valova iz realnog prostora u kompleksnu domenu, matematičku konstrukciju koja omogućuje uvid u geometriju crne rupe na razinama koje nisu dostupne klasičnim metodama. Time su identificirali Stokesove krivulje, linije u kompleksnoj ravnini gdje valna funkcija iznenada mijenja ponašanje.
Prijašnje analize često su ignorirale ove spiralne strukture koje se protežu oko crnih rupa. No upravo su te krivulje, kako se pokazalo, bile ključ za razumijevanje unutarnje dinamike prostora blizu horizonta događaja.
Primjenom ove metode, istraživači su uspjeli točno pratiti strukturu frekvencija koje opisuju ponašanje prostor-vremena nakon spajanja crnih rupa. To uključuje i one komponente koje dosadašnje teorijske metode nisu uspjele pouzdano obuhvatiti.
“Bili smo iznenađeni složenošću obrazaca koje smo otkrili,” kaže Miyachi. “Spiralne strukture koje smo identificirali omogućile su nam da rekonstruiramo cjelovitiju sliku kvazinormalnih modova nego ikad prije.”
Približavanje opažanjima iz gravitacijskih opservatorija
Ova metoda ne samo da proširuje teorijsko razumijevanje, već ima i praktične implikacije: omogućuje preciznije povezivanje teorijskih modela s opažanjima gravitacijskih valova u eksperimentima poput LIGO-a i VIRGO-a.
To znači da ćemo u budućnosti moći pouzdanije utvrditi karakteristike crnih rupa, poput mase, rotacije i oblika, na temelju njihovih “zvukova”. To je korak naprijed prema dubljem razumijevanju zakrivljenosti svemira i fundamentalnih zakona gravitacije.
Sljedeći cilj istraživačkog tima je proširiti metodu na rotirajuće crne rupe, čiji je spektar oscilacija znatno složeniji. Osim toga, planiraju istražiti može li se točna WKB analiza primijeniti i na modele kvantne gravitacije, gdje klasični pristupi više ne vrijede.
Za sada, studija pokazuje kako matematička preciznost može otključati vrata jednog od najtajanstvenijih fenomena u fizici, i to u trenucima kad crna rupa “progovori”.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
