Signal koji je detektiran svega 0,1 sekundu u svibnju 2019. mogao bi, prema novoj znanstvenoj analizi, upućivati na postojanje crvotočine, hipotetskog tunela koji povezuje naš svemir s drugim. Autori rada ističu da bi ovaj iznenađujuće kratak izboj mogao biti znak prolaska gravitacijskog vala izvan našeg svemira.
Ako bi se to potvrdilo, riječ bi bila o jednom od najspektakularnijih otkrića suvremene fizike. No većina znanstvenika naglašava da je vjerojatnije objašnjenje ipak neobično spajanje crnih rupa. Sama činjenica da se rasprava vodi toliko intenzivno govori koliko je signal GW190521 poseban u odnosu na dosadašnje događaje.
LIGO i Virgo – revolucija u detekciji gravitacijskih valova
Kada su izgrađeni prvi interferometri LIGO-a, cilj je bio potvrditi postojanje gravitacijskih valova – deformacija prostor‑vremena koje je Einstein predvidio još 1916. “Einstein je prvi predvidio gravitacijske valove 1916. kao posljedicu opće teorije relativnosti”, podsjetio je Nobelovac Barry C. Barish s Kalifornijskog instituta za tehnologiju. “U toj teoriji, koncentracije mase ili energije izvijaju prostor‑vrijeme, a promjene oblika ili položaja takvih objekata stvaraju poremećaj koji se širi brzinom svjetlosti, upravo ono što zovemo gravitacijskim valom.”
Princip rada interferometra jednostavan je u ideji, iako zahtijeva ekstremnu preciznost. “Sve što trebate su dvije svjetlosne zrake koje putuju između parova zrcala u različitim smjerovima, primjerice prema sjeveru i zapadu. Kada kroz prostor prođe gravitacijski val, prostor se rastegne u jednom smjeru i sabije pod pravim kutom”, objašnjava Ed Daw, fizičar sa Sveučilišta u Sheffieldu. Posljedica su mikroskopska gibanja zrcala koja otkrivaju rastavljanje i sabijanje prostor‑vremena.
LIGO i Virgo mogu mjeriti promjene manje od jedne desettisućine širine protona. Upravo s tom osjetljivošću LIGO je 2015. prvi put izravno detektirao gravitacijske valove, a od tada je otvoreno sasvim novo područje astronomije. Uz spajanja crnih rupa, instrumenti su zabilježili sudare neutronskih zvijezda, pa čak i egzotične događaje koje je teško razvrstati u postojeće modele.
Globalna mreža LVK (LIGO, Virgo, KAGRA) danas broji stotine detekcija. “Zajedno je sustav zabilježio oko 300 spajanja crnih rupa, od kojih su neka potvrđena, a druga još čekaju analizu”, navodi LIGO. “Tijekom aktualnog, četvrtog ciklusa opažanja, otkriveno je više od 200 kandidata, što je dvostruko više nego u prva tri ciklusa zajedno.”
Neobični signal GW190521
Među tim desecima događaja, GW190521 se ističe. Detektiran je 21. svibnja 2019. i trajao je svega desetinku sekunde. Za razliku od klasičnih signala spajanja crnih rupa, nije pokazao prepoznatljiv slijed prilaska, spajanja i takozvane “ringdown” faze prigušenja.
Istraživači naglašavaju da je GW190521 neuobičajen upravo zato što uopće nije pokazao početni signal koji se očekuje prije snažnog izboja. “Posebno je značajno da uoči glavnog impulsa nema traga ranijem signalu koji bi ukazivao na približavanje dviju crnih rupa”, pišu autori. Na temelju toga predlažu hipotezu da je opažen događaj izolirani odjek gravitacijskog vala koji je do našeg svemira dospio kroz crvotočinu, kao postspojni ostatak iz drugog svemira.
U tom modelu, nakon spajanja crnih rupa u drugom svemiru, emitirani gravitacijski val prolazi kroz unutarnji tunel crvotočine, probija granicu tzv. sfere fotona na našoj strani i pojavljuje se kao kratki impuls u našim instrumentima.
Crvotočine su matematičko rješenje Einsteinovih jednadžbi koje su 1935. predložili Einstein i Nathan Rosen. Riječ je o hipotetskim strukturama koje povezuju udaljene točke prostora ili čak različite svemire. Zasad nikada nisu uočene, a velika je mogućnost da uopće ne postoje.
Unatoč tome, mnogi podsjećaju da su i crne rupe nekoć bile samo rješenja u jednadžbama, da bi se desetljećima kasnije pokazale stvarnim astrofizičkim objektima. Upravo zato nova detekcija, iako statistički još nije uvjerljivija od standardnog scenarija spajanja crnih rupa, potiče daljnja istraživanja.
Analize i dileme
Tim istraživača proveo je računalno modeliranje i pokazao da scenarij crvotočine može dovesti do odnosa signal‑šum sličnog opaženom. No njihova Bayesova analiza zasad ne favorizira taj model u odnosu na binarno spajanje crnih rupa. “Najsigurnija oklada”, napisali bi ironično, “i dalje je u korist spajanja crnih rupa.”
Ipak, signal GW190521 ostaje iznimka i već je izazvao više egzotičnih interpretacija nego gotovo svi drugi detektirani događaji. Ako ga tumačimo kao spajanje crnih rupa, riječ je o objektima čije mase i karakteristike ne odgovaraju dobro postojećim modelima razvoja zvijezda. Zbog toga autori naglašavaju važnost nastavka istraživanja i razmatranja alternativnih scenarija, uključujući i crvotočine.
Dodatnu težinu raspravi daje i najnovije opažanje: 23. studenoga 2023. LIGO–Virgo prijavili su signal GW231123, također vrlo kratkog trajanja i impulznog oblika. To je potaknulo intenzivne istrage o mogućim izvorima ovakvih neuobičajenih izboja.
“Nužno je provesti sustavne usporedne analize, koje uključuju sve moguće izvore kratkih signala gravitacijskih valova, kako bismo bolje razumjeli njihovo fizičko podrijetlo”, zaključuje tim.
Za sada ostaje otvoreno pitanje: svjedočimo li samo neobičnim spajanjima crnih rupa ili se možda pred našim instrumentima nazire nešto daleko radikalnije – poput crvotočina i paralelnih svemira?
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
