Detectorul LIGO din Hanford, Washington, folosește lasere pentru a măsura extinderea microscopică a spațiului cauzată de undele gravitaționale. LIGO Laboratory
Oamenii de știință au detectat pentru prima dată ondulații în spațiu cunoscute sub numele de unde gravitaționale, provenite din contopirea a două găuri negre, în septembrie 2015. Această descoperire a marcat culminarea unei căutări de 100 de ani pentru a confirma una dintre predicțiile lui Einstein.
Doi ani după acest moment de cotitură în fizică, a venit o altă descoperire la sfârșit de vară, în august 2017: prima detectare de unde gravitaționale însoțite de unde electromagnetice provenite din contopirea a două stele neutronice.
Undele gravitaționale sunt interesante pentru oamenii de știință pentru că oferă o perspectivă complet nouă asupra universului. Astronomia convențională se bazează pe unde electromagnetice, dar undele gravitaționale sunt un mesager independent care poate proveni din obiecte ce nu emit lumină. Detectarea undelor gravitaționale a descuiat partea întunecată a universului, oferind acces la fenomene niciodată observate anterior.
Ca fizician specializat în unde gravitaționale, cu peste 20 de ani de experiență de cercetare în cadrul colaborării științifice LIGO, am văzut direct cum aceste descoperiri au transformat cunoașterea oamenilor de știință despre univers.
În această vară, în 2025, oamenii de știință din proiectul colaborativ LIGO, Virgo și KAGRA au marcat de asemenea un nou prag. După o pauză lungă pentru modernizarea echipamentului, această colaborare tocmai a publicat o listă actualizată de descoperiri ale undelor gravitaționale. Descoperirile de pe această listă le oferă cercetătorilor o perspectivă fără precedent asupra universului, incluzând, printre altele, cea mai clară detectare de unde gravitaționale de până acum.
Cu cât există mai multe observatoare de unde gravitaționale în funcțiune în întreaga lume, cu atât este mai ușor să se determine locațiile și sursele undelor gravitaționale care vin din spațiu.
Caltech/MIT/LIGO Lab
Ce sunt undele gravitaționale?
Albert Einstein a prezis pentru prima dată existența undelor gravitaționale în 1916. Conform teoriei gravitației a lui Einstein, cunoscută sub numele de relativitate generală, obiectele cerești masive și dense curbează spațiul și timpul.
Când aceste obiecte masive, precum găurile negre și stelele neutronice – produsul final al unei supernove – orbitează unele în jurul altora, ele formează un sistem binar. Mișcarea acestui sistem întinde și comprimă dinamic spațiul din jur, trimițând unde gravitaționale prin univers. Aceste unde schimbă extrem de puțin distanța dintre alte obiecte din univers atunci când trec.
Detectarea undelor gravitaționale necesită măsurarea extrem de precisă a distanțelor. Proiectul colaborativ LIGO, Virgo și KAGRA operează patru observatoare de unde gravitaționale: două observatoare LIGO în SUA, observatorul Virgo în Italia și observatorul KAGRA în Japonia.
Fiecare detector are brațe în formă de L cu lungimea de peste trei kilometri. Fiecare braț conține o cavitate cu lumină laser reflectată, care măsoară cu precizie distanța dintre două oglinzi.
Pe măsură ce o undă gravitațională trece, ea modifică distanța dintre oglinzi cu 10⁻¹⁸ metri — doar 0,1% din diametrul unui proton. Astronomii pot măsura oscilațiile oglinzilor pentru a urmări orbita găurilor negre.
Aceste schimbări minuscule de distanță codifică o cantitate uriașă de informații despre sursa lor. Ele pot spune care sunt masele fiecărei găuri negre sau stele neutronice, locația lor și dacă se rotesc în jurul propriei axe.
O fuziune stea neutronică – gaură neagră
După cum s-a menționat anterior, proiectul de colaborare LIGO, Virgo și KAGRA a informat recent despre 128 de noi fuziuni binare din datele colectate între 24 mai 2023 și 16 ianuarie 2024 – ceea ce mai mult decât dublează numărul anterior.
Printre aceste noi descoperiri se află o fuziune stea neutronică – gaură neagră. Această fuziune constă dintr-o gaură neagră relativ ușoară, cu o masă între 2,5 și 4,5 ori masa Soarelui nostru, asociată cu o stea neutronică de 1,4 ori masa Soarelui.
Într-un asemenea sistem, oamenii de știință teoretizează că gaura neagră sfâșie steaua neutronică înainte de a o înghiți, ceea ce eliberează unde electromagnetice. Din păcate, nu s-a reușit să detecteze astfel de unde electromagnetice pentru acest sistem anume.
Detectarea unei corespondente electromagnetice pentru o gaură neagră ce sfâșie o stea neutronică este printre „Sfinții Graali” al astronomiei și astrofizicii. Aceste unde electromagnetice ar oferi seturi de date bogate necesare pentru înțelegerea atât a condițiilor extreme prezente în materie, cât și a gravitației extreme. Oamenii de știință speră la mai mult noroc data viitoare când detectoarele vor observa un asemenea sistem.
Un sistem binar masiv și unde gravitaționale clare
În iulie 2025, proiectul LIGO, Virgo și KAGRA a anunțat de asemenea că a descoperit cea mai masivă fuziune de găuri negre binare detectată vreodată. Masa combinată a acestui sistem este de peste 200 de ori masa Soarelui nostru. Și, una dintre cele două găuri negre din acest sistem are probabil o masă despre care oamenii de știință credeau anterior că nu poate rezulta din colapsul unei singure stele.
Când două obiecte astrofizice – precum găurile negre – se contopesc, acestea generează unde gravitaționale
Cea mai recentă descoperire anunțată de colaborarea LIGO, Virgo și KAGRA, în septembrie 2025, este cea mai clară observație de unde gravitaționale de până acum. Acest eveniment este aproape identică cu prima observație de unde gravitaționale de acum 10 ani, dar pentru că detectoarele LIGO s-au îmbunătățit în ultimul deceniu, el se distinge de zgomot de trei ori mai mult decât prima descoperire.
Deoarece semnalul undei gravitaționale observate este atât de clar, oamenii de știință au putut confirma că gaura neagră finală formată din fuziune a emis unde gravitaționale exact așa cum era de așteptat conform relativității generale.
Ei au arătat de asemenea că suprafața finală a găurii negre era mai mare decât suprafața combinată a găurilor negre inițiale, ceea ce implică faptul că fuziunea a crescut entropia, conform lucrărilor fundamentale ale lui Stephen Hawking și Jacob Bekenstein.
Entropia măsoară cât de dezordonat este un sistem. Toate interacțiunile fizice sunt așteptate să mărească dezordinea universului, conform termodinamicii. Această descoperire recentă a arătat că găurile negre respectă propriile lor legi similare cu termodinamica.
Începutul unei moșteniri mai lungi
Al patrulea ciclu de observații al proiectului colaborativ LIGO, Virgo și KAGRA este în desfășurare și va dura până în noiembrie. Colegii mei și cu mine anticipăm peste 100 de descoperiri suplimentare în următorul an.
Noile observații care vor începe în 2028 ar putea aduce numărul fuziunilor binare la până la 1.000 în jurul anului 2030, dacă finanțarea colaborării continuă.
Observarea undelor gravitaționale este încă în fază incipientă. O modernizare propusă a LIGO, numită A#, ar putea crește rata de detectare a undelor gravitaționale de încă 10 ori.
Noi observatoare propuse, numite Cosmic Explorer și Telescopul Einstein, care ar putea fi construite în 10 până la 20 de ani, ar mări rata de detectare a undelor gravitaționale de 1.000 de ori față de rata actuală, prin reducerea suplimentară a zgomotului din detector.
> Citiți și: Istoria completă a găurilor negre
Traducere după The discovery of a gravitational wave 10 years ago shook astrophysics – these ripples in spacetime continue to reveal dark objects in the cosmos de Chad Hanna, profesor de fizică, Penn State.
