Στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, οι φυσικοί πέτυχαν ένα ορόσημο: την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, αυτών των κυματισμών που διαδίδονται στο χωροχρόνο και εκπέμπονται από κοσμικά γεγονότα, όπως η συγχώνευση μαύρων τρυπών. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στην απονομή του Νόμπελ Φυσικής σε τρεις από τους πρωτεργάτες της.

Στα χρόνια που ακολούθησαν, εκατοντάδες συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών έχουν ανιχνευθεί, μαζί με άλλα ακραία φαινόμενα, όπως συγκρούσεις αστέρων νετρονίων και συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών με αστέρες νετρονίων.

Τώρα, ερευνητές ανακοινώνουν στο περιοδικό Physical Review Letters ότι η ικανότητά τους να αναλύουν τα βαρυτικά κύματα έχει βελτιωθεί τόσο πολύ, ώστε πρόσφατα κατάφεραν να επιβεβαιώσουν μια θεμελιώδη ιδέα του Στίβεν Χόκινγκ για την ανάπτυξη των μαύρων τρυπών, που είχε διατυπωθεί το 1971.

«Υπάρχει μια πολύ γνωστή θεωρία στη φυσική που διατύπωσε ο Στίβεν Χόκινγκ, σύμφωνα με την οποία η επιφάνεια των μαύρων οπών δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί», εξηγεί ο Μαξιμιλιάνο Ίσι, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια και στο Ινστιτούτο Flatiron.

Όπως αναφέρει, οι επιστήμονες παρατήρησαν ακριβώς αυτό μετά την ανάλυση των βαρυτικών κυμάτων που ανιχνεύθηκαν νωρίτερα φέτος. Στις 14 Ιανουαρίου, οι ανιχνευτές κατέγραψαν βαρυτικά κύματα που προήλθαν από δύο μαύρες τρύπες που συγκρούστηκαν σε απόσταση περίπου 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός.

Αυτές οι μαύρες τρύπες είχαν μάζα 30 έως 40 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ήλιου μας, καθιστώντας τη σύγκρουση παρόμοια με εκείνη που οδήγησε στην πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων το 2015. Ωστόσο, από τότε, οι δύο γιγαντιαίοι ανιχνευτές που λειτουργεί το LIGO, στη Λουιζιάνα και στην πολιτεία της Ουάσιγκτον, έχουν αναβαθμιστεί επανειλημμένα.

«Επειδή οι ανιχνευτές είναι πολύ καλύτεροι σήμερα, μπορούμε να καταγράψουμε το σήμα με πολύ μεγαλύτερη ευκρίνεια», λέει η Κατερίνα Χατζηιωάννου, φυσικός βαρυτικών κυμάτων στο Caltech.

Αυτό επέτρεψε μια νέα ανάλυση που έδειξε ότι οι δύο αρχικές μαύρες τρύπες είχαν συνολική επιφάνεια 240.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων (περίπου το μέγεθος του Όρεγκον). Μετά τη συγχώνευσή τους για να σχηματίσουν μια ενιαία μαύρη τρύπα, η επιφάνειά της ήταν περίπου 400.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα (περίπου το μέγεθος της Καλιφόρνιας).

Η θεωρία του Χόκινγκ ορίζει ότι η τελική περιοχή της μαύρης τρύπας πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των δύο αρχικών περιοχών, σύμφωνα με την Χατζηιωάννου, «και αυτό είναι που αποδείξαμε παρατηρητικά με αυτό το σήμα».

Αυτού του είδους η απόδειξη ήταν ακριβώς αυτό που ο Χόκινγκ ήλπιζε πριν από μια δεκαετία, όταν ανακοινώθηκε η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Στην πραγματικότητα, επικοινώνησε με έναν από τους επιστήμονες που συμμετείχαν σε αυτή την προσπάθεια για να δει αν τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να δοκιμάσουν αυτή την πρόβλεψη, λέει ο Ίσι.

Τότε, όμως, αυτό δεν ήταν δυνατό, επειδή υπήρχε πολύς θόρυβος στα δεδομένα και οι αναλυτικές τεχνικές δεν είχαν προχωρήσει αρκετά.

Ο Χόκινγκ απεβίωσε το 2018. «Είναι λυπηρό που ο Χόκινγκ δεν είναι πια μαζί μας, αλλά σίγουρα αυτός είναι ένας τρόπος για να ζήσει η κληρονομιά του», λέει ο Ίσι.

«Όλες αυτές οι ιδέες που σκέφτηκαν οι άνθρωποι στη δεκαετία του '70, θεωρώντας τις απλώς άσκοπες εικασίες, τώρα εκδηλώνονται σε πραγματικά δεδομένα», προσθέτει ο Ίσι. «Βλέπουμε αυτά τα πράγματα να συμβαίνουν σχεδόν ακριβώς όπως είχαν προβλεφθεί».

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος προέβλεψε την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων το 1916, πίστευε ότι δεν θα ανιχνευθούν ποτέ. «Αν του λέγαμε ότι ανιχνεύουμε βαρυτικά κύματα από συγκρούσεις μαύρων οπών κάθε δεύτερη μέρα, ή κάθε δύο ή τρεις μέρες περίπου», λέει ο Isi, «είμαι σίγουρος ότι θα του φαινόταν απίστευτο».

Συνολικά, οι ερευνητές έχουν εκπλαγεί από τον αριθμό των συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών που έχουν παρατηρήσει, λέει η Γκαμπριέλα Γκονζάλες, ερευνήτρια βαρυτικών κυμάτων στο Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα.

«Έχουμε δει τόσες πολλές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Μαθαίνουμε τόσα πολλά για αυτές, που μερικές φορές νιώθω την παρόρμηση να το ονομάσω «αστρονομία μαύρων τρυπών» αντί για «αστρονομία βαρυτικών κυμάτων»», λέει.

Θα είχε προβλέψει ότι θα έβλεπαν πολύ περισσότερες συγχωνεύσεις μεταξύ αστέρων νετρονίων, αλλά μέχρι στιγμής έχουν δει μόνο μερικά παραδείγματα.

Αυτό μπορεί να αλλάξει, καθώς οι ερευνητές ήδη εργάζονται σε σχέδια για νέους, ακόμη μεγαλύτερους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, που θα είναι 10 φορές πιο ευαίσθητοι. «Αυτό είναι το όνειρό μας» λέει, προσθέτοντας ότι σε μια δεκαετία αυτοί οι ανιχνευτές θα μπορούσαν να βρίσκονται υπό κατασκευή, ίσως ακόμη και να έχουν ολοκληρωθεί, υποθέτοντας ότι οι ερευνητές θα λάβουν τη χρηματοδότηση, φυσικά.

Το τρέχον παρατηρητήριο LIGO, το οποίο χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, αντιμετωπίζει πιθανές περικοπές στον προϋπολογισμό, με την κυβέρνηση Τραμπ να προτείνει δραστικές μειώσεις το 2026.