Czarne dziury rosną tak, jak przewidział Hawking. Polacy współautorami odkrycia

Międzynarodowy zespół naukowców – w tym badacze z Narodowego Centrum Badań Jądrowych – dostarczył najpełniejszych jak dotąd dowodów na prawdziwość twierdzenia Stephena Hawkinga o powierzchni czarnej dziury

Czarne dziury od dawna uchodzą za najbardziej tajemnicze obiekty kosmosu. Ich istnienie potwierdzono zaledwie dekadę temu dzięki obserwacjom fal grawitacyjnych – delikatnych drgań czasoprzestrzeni, które sto lat wcześniej przewidział Albert Einstein. Od tamtej pory międzynarodowa sieć LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) zarejestrowała ponad 300 zderzeń czarnych dziur, a nowe sygnały pojawiają się średnio co trzy dni.

14 stycznia 2025 r. detektory zarejestrowały sygnał GW250114 – najsilniejszy z dotychczasowych. Powstał w wyniku kolizji dwóch czarnych dziur o masach 30-40 Słońc każda, oddalonych od Ziemi o 1,3 mld lat świetlnych.

„Ogromny postęp w czułości detektorów najlepiej obrazuje właśnie to odkrycie. Dzięki niemu mogliśmy sprawdzić jedno z najważniejszych przewidywań Hawkinga z bezprecedensową precyzją” – podkreśla prof. Andrzej Królak z Zakładu Astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

Twierdzenie Hawkinga w praktyce

W 1971 r.  Stephen Hawking sformułował twierdzenie o powierzchni czarnej dziury. Zakłada, że po zderzeniu dwóch czarnych dziur całkowita powierzchnia horyzontu zdarzeń obiektu końcowego nie może być mniejsza niż suma powierzchni obiektów wyjściowych. Innymi słowy – czarne dziury mogą tracić energię i część momentu pędu, ale po połączeniu zawsze „rosną” pod względem powierzchni.

Potwierdzenie tego prawa wymagało niezwykle precyzyjnych danych. W przypadku GW250114 naukowcy mogli przeanalizować tzw. ringdown – fazę, w której nowo powstała czarna dziura drży niczym uderzony dzwon. Na podstawie charakterystyki fal grawitacyjnych określono jej masę, spin i powierzchnię. Wyniki w pełni potwierdziły przewidywania Hawkinga.

W badaniach uczestniczyli polscy naukowcy – prof. Andrzej Królak wraz z dr. Orestem Doroshem i dr. Sreekanthem Harikumarem z NCBJ, członkowie grupy Polgraw-Virgo działającej w ramach sieci LVK.

„Fale grawitacyjne otworzyły nam nowe okno na Wszechświat, a teraz pozwalają weryfikować fundamentalne prawa fizyki czarnych dziur. To ogromna satysfakcja, że nasz zespół mógł wnieść wkład w to przełomowe odkrycie” – dodaje prof. Królak.

Nowy rozdział w badaniach grawitacji

Publikacja wyników w Physical Review Letters to ważny krok w kierunku pełniejszego zrozumienia grawitacji. Naukowcy przewidują, że najbliższa dekada przyniesie kolejne przełomy – jeszcze silniejsze detekcje fal grawitacyjnych i nowe testy teorii Einsteina.

„GW250114 pozwolił nam przeprowadzić najbardziej szczegółowe testy ogólnej teorii względności. W każdym przypadku przewidywania Einsteina i Hawkinga zostały potwierdzone” – podkreśla Patricia Schmidt, współautorka badań z Uniwersytetu w Birmingham.

Źródła:
Patricia Schmidt, Geraint Pratten, Crashing black holes validate Stephen Hawking – new research, The Conversation, 10.09.2025. DOI: 10.64628/AB.pf7pge7md

Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Nowe dowody na twierdzenie Hawkinga o powierzchni czarnej dziury, 12.09.2025.

 

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi
• popularyzacja