Pereche rară de găuri negre descoperită într-o galaxie îndepărtată ar putea reprezenta un progres major pentru astronomia undelor gravitaționale

de dr. Laurențiu Caramete

20.06.2025

Încă un pas important pentru astrofizică: cercetătorii ar putea fi pe punctul de a confirma existența unui sistem binar de găuri negre supermasive în galaxia activă PG 1553+153, oferind o perspectivă fascinantă asupra evoluției galaxiilor — și a viitorului astronomiei undelor gravitaționale.

Asemenea unui ou rar cu două gălbenușuri, acest sistem pare să adăpostească două găuri negre supermasive care orbitează una în jurul celeilalte în centrul galaxiei. Aceste gigante cosmice s-au format, cel mai probabil, în urma fuziunii a două galaxii, ale căror găuri negre centrale au ajuns să formeze o pereche legată gravitațional, dansând lent timp de sute de milioane de ani.

O echipa internațională de cercetători a combinat observații astronomice moderne cu date istorice — unele datând din 1900, păstrate pe plăci fotografice digitalizate prin proiectul DASCH de la Harvard. Au identificat un ciclu luminos pe termen scurt, de 2,2 ani și, esențial, o variație recent descoperită, cu o periodicitate de 20 de ani. Aceste modele sugerează prezența a două găuri negre în rotație, dintre care una este de aproximativ 2,5 ori mai masivă decât cealaltă.

Modele și simulări detaliate ale interacțiunii binare au indicat că, uneori, atunci când găurile negre atrag gaz, se formează aglomerări dense de materie în jurul lor. Cercetătorii au calculat că timpul necesar pentru ca aceste grămezi de gaz să orbiteze în jurul ambelor găuri negre ar trebui să fie de cinci până la zece ori mai lung decât perioada de orbitare a celor două găuri negre între ele.

Dacă un sistem binar de găuri negre ar fi cauza variației periodice de 2,2 ani observate în PG 1553+153, atunci ar trebui să existe și un model de variație mai lung, de aproximativ 10 până la 20 de ani, cauzat de orbita aglomerărilor de gaz.

Din fericire, exact acest tipar a fost identificat în datele istorice: o variație de 20 de ani care susține existența unui sistem binar în PG 1553+153. Alte consecințe ale analizei includ identificarea unei diferențe de masă — una dintre găurile negre este de 2,5 ori mai masivă decât cealaltă — și faptul că orbita lor este aproape circulară.

Această descoperire este mai mult decât o curiozitate cosmică — are implicații majore pentru observatoarele de unde gravitaționale care caută activ candidați pentru viitoare observații.

Misiunile spațiale, precum viitorul Laser Interferometer Space Antenna (LISA), programat pentru lansare de către Agenția Spațială Europeană în anii 2030, sunt special concepute pentru a detecta unde gravitaționale de frecvență joasă, emise de sisteme masive precum găurile negre supermasive binare. Dacă se confirmă, PG 1553+153 ar putea deveni una dintre cele mai promițătoare ținte timpurii pentru LISA.

În prezent, detectoarele terestre precum LIGO și Virgo pot observa doar unde gravitaționale de frecvență înaltă, generate de coliziuni între găuri negre mai mici sau stele neutronice. Găurile negre supermasive binare emit unde la frecvențe mult mai joase — unde pe care LISA le poate detecta eficient din spațiu.

Dincolo de undele gravitaționale, studiul găurilor negre supermasive binare oferă perspective esențiale asupra fuziunilor galactice, creșterii găurilor negre și dinamicii gravitației extreme. Înțelegerea frecvenței de formare a acestor sisteme binare și a modului în care evoluează poate ajuta la reconstituirea istoriei formării structurii universului.

Pentru moment, echipa va continua să observe galaxia PG 1553+153, analizând variațiile luminoase pentru indicii suplimentare. Însă, în curând, următoarea generație de observatoare de unde gravitaționale ar putea asculta direct — confirmând nu doar acest sistem, ci și dezvăluind o populație ascunsă de perechi de găuri negre care modelează în tăcere cosmosul.

Referințe:

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad310a

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.106.103010

https://academic.oup.com/mnras/article/527/4/10168/7371664?login=false

Campul magnetic disparut al Lunii

de masterand Andrei Militaru

25.06.2025

Foto credit: https://science.nasa.gov/gallery/moon-images/

În ziua de azi, Luna are un câmp magnetic slab, dar analize ale mostrelor the rocă aduse de misunile Apollo, au dezvăluit că nu fost întotdeauna așa. Mostrele conțin urme de magnetizare a căror origine poate fi explicată de prezența unui câmp magnetic, mult mai puternic decât cel pe care Luna îl deține acum.

Principalul mecanism prin care acest câmp ar putea fi generat pe Lună este efectul de dinam. Rotația unui centru conductor electric (în cazul Pământului, centrul de fier topit), generează un câmp magnetic. Totuși, centrul Lunii este prea mic pentru a crea un câmp de intensitatea celui pe care îl căutăm.

Încercări de a explica acest câmp misterios au fost făcute de a lungul timpului, fără nici un răspuns definitiv… Încă! În mai 2025, un grup de cercetători de la MIT, au simulat impactul cu un asteroid sufficient de mare pentru a crea cel mai mare bazin de pe Lună, și rezultatul poate sfârși această dilemă.

Impactul a creat un nor de particule ionizate care a cuprins întreaga Lună. Pe partea opusă față de impact, norul s-ar fi concentrat cauzând o amplificare a câmpului magnetic natural al Lunii în această regiune, explicând urmele magnetice pe care le vedem azi.

Articolul în întregime poate fi găsit aici: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr7401

Misiunea LISA Pathfinder

de ing. Andreea Monica Scorța

30.05.2025

Misiunea LISA Pathfinder a fost lansată ca un pas esențial pentru a demonstra și valida tehnologiile avansate necesare pentru viitoarea misiune LISA, având ca scop detectarea undelor gravitaționale prin măsurarea unor distorsiuni extrem de mici ale spațiu-timpului, cauzate de corpurile cerești masive. Pentru a realiza acest lucru, LISA are nevoie de instrumente capabile să detecteze modificări la scară comparabilă cu dimensiunea nucleului unui atom.

LISA Pathfinder a fost un prototip la scară redusă al unui braț al observatorului LISA. Acesta conținea două mase de test aflate în cădere liberă, ale căror poziții relative erau monitorizate cu o precizie extremă folosind interferometrie laser bazată pe o arhitectură heterodină Mach-Zehnder. Senzorii capacitivi măsurau deplasarea dintre masele de test, iar aceste date erau folosite într-un sistem de control care ajusta micro-propulsoarele pentru a menține nava spațială perfect centrată în jurul maselor, creând astfel un mediu neperturbat (drag-free).

Perspectiv ă detailat ă a satelitului LISA Pathfinder

Un aspect cheie al LISA Pathfinder a fost designul integrat al satelitului, unde însăși sarcina utilă dicta controlul atitudinii navei, asigurând o aliniere precisă. Misiunea a purtat două instrumente principale: Pachetul Tehnologic LISA (LTP), dezvoltat de parteneri europeni, care adăpostea masele de test și servea atât ca oglinzi pentru interferometru, cât și ca referințe inerțiale pentru sistemul de control; și Sistemul de Reducere a Perturbărilor (DRS), furnizat de NASA, care contracara activ forțele externe, cum ar fi presiunea radiației solare, ce ar fi putut perturba traiectoria navei spațiale.

Pachetul tehnologic al LISA Pathfinder, cu cele două mase inerțiale și centrul de asamblare

Lansată pe 3 decembrie 2015, din Guyana Franceză, la bordul unei rachete Vega, LISA Pathfinder a intrat inițial pe o orbită eliptică de parcare, după care și-a folosit sistemul propriu de propulsie pentru a ajunge pe o orbită halo stabilă în jurul punctului Lagrange 1 Soare-Pământ, la aproximativ 1,5 milioane de kilometri de Pământ. Misiunea și-a început oficial operațiunile științifice pe 1 martie 2016, cu o durată inițială planificată de șase luni. Datorită succesului său, misiunea a fost prelungită și a continuat să colecteze date valoroase până pe 30 iunie 2017

În ansamblu, realizările LISA Pathfinder au confirmat fezabilitatea tehnologiei care asigura detecțiile neperturbate și a tehnicilor ultra-precise de măsurare esențiale pentru misiunea completă LISA, deschizând calea pentru acest nou observatoar spațial de unde gravitaționale.

Călătoria misiunii LISA Pathfinder între lansare și punctul Lagrange 1

Sursă foto: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2015/10/LISA_Pathfinder_s_journey

Neutrinii adora puzzle-urile complicate

de drd. Alice Mihaela Păun

23.05.2025

Neutrinii, numiți și mesageri astrofizici datorită distanțelor mari pe care le pot parcurge prin Univers fără să interacționeze cu materia, sunt extrem de greu de detectat. În vederea detecției acestor particule, a fost necesară construcția unui telescop de neutrini cu un volum de 1 km³ și localizarea lui la adâncime mare în ghețarii de la Polul Sud – IceCube Neutrino Observatory [https://icecube.wisc.edu/]. Neutrinii care interacționează în proximitatea detectorului produc particule relativiste care generează evenimente luminoase ce pot fi „văzute” de „ochii” instrumentației (module optice).

Datele achiziționate de IceCube în ceea ce privește Galaxia NGC 1086 [1], numită și Galaxia Calamarului, arată un flux de neutrini de energii foarte mari (TeV), acompaniat de un flux de raze gamma extrem de slab (GeV) observat de telescoapele Fermi [2] și MAGIC [3]. NGC 1086 este o galaxie activă cu o regiune centrală (AGN – Active Galactic Nuclei) care conține o gaură neagră supermasivă și emite materie și energie sub formă de jeturi. Discrepanța dintre cele două fluxuri de particule reprezintă un puzzle intrigant pentru cercetători, deoarece aceste nuclee galactice active emit, de obicei, fluxuri de neutrini și raze gamma cu energii comparabile, în urma interacției între protoni și fotoni [4].

Un articol recent [5] prezintă o explicație îndrăzneață pentru puzzle-ul neutrinilor emisi din AGN, care se potrivește cu observațiile prezente: un nou mecanism de producere a neutrinilor de mare energie. Originea fluxului de neutrini ar putea fi chiar corona, o regiune de plasmă densă și fierbinte ce înconjoară gaura neagră supermasivă centrală. Cele mai abundente elemente din Univers sunt Hidrogenul și Heliul. Prin urmare, dacă un nucleu de Heliu este accelerat în jeturile unei găuri negre supermasive, se ciocnește de fotoni în domeniul ultraviolet și se „sparge”, eliberând cei doi protoni și cei doi neutroni pe care îi conține [4]. Protonii au o durată de viață mare, însă neutronii sunt instabili și se dezintegrează în neutrini de energii mari fără să producă raze gamma. Electronii generați în dezintegrare interacționează cu câmpurile de radiație și produc raze gamma ce corespund intervalului de energii din observațiile celor doi detectori.

Rezultatele acestui studiu ne ajută să înțelegem mai bine cum funcționează jeturile de materie prezente în galaxiile active și modul în care neutrinii de energii mari pot fi produși fără un flux corespunzător de raze gamma.

Galaxia Messier 77

Sursa foto: ESA/Hubble & NASA, L. C. Ho, D. Thilker

Noi configuratii pentru detectorii de unde gravitationale au fost descoperite cu ajutorul inteligentei artificiale

de drd. Maria Ișfan

16.05.2025

Sursă foto: https://humansofligo.blogspot.com/, https://news.mit.edu/

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, în română: Observatorul Interferometru Laser de unde Gravitaționale) este un detector de unde gravitaționale care operează pe baza principiului interferometriei laser de tip Michelson. Configurația este una tipică, cu două fascicule laser perpendiculare și elemente optice precum oglinzi și separatoare de fascicule.

Folosind un singur fascicul laser, zece oglinzi și separatoare de fascicule și doi senzori, se pot obține peste o sută de milioane de configurații diferite ale detectorului. Cu ajutorul unui program de inteligență artificială numit Urania, cercetătorii au găsit cincizeci de configurații mai avantajoase decât cea originală.

Față de LIGO, acești potențiali detectori au sensibilitate crescută, prezintă mai puțin zgomot și pot observa mai bine semnalul gravitațional emis de două stele neutronice care s-au ciocnit.

Această nouă abordare poate fi folosită pentru a alege designul experimentelor din multe domenii ale fizicii, accelerând ritmul în care știința face noi descoperiri.

Sursă știre: https://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.15.021012

ASPACE-Q

The Astrophysics, Space Exploration and Quantum Computing Group