Ученые подтвердили фундаментальные предсказания о черных дырах, сделанные Альбертом Эйнштейном и Стивеном Хокингом, используя самый четкий сигнал гравитационных волн, когда-либо зафиксированный

Ученые подтвердили фундаментальные предсказания о черных дырах, сделанные Альбертом Эйнштейном и Стивеном Хокингом, используя самый четкий сигнал гравитационных волн, когда-либо зафиксированный, что позволило получить беспрецедентное представление о природе этих космических гигантов всего за несколько дней до десятой годовщины астрономии гравитационных волн.

Прорыв был достигнут благодаря обнаружению гравитационных волн от столкновения черных дыр, обозначенного как GW250114, которое достигло Земли 14 января 2025 года. Исследователи из коллаборации LIGO–Virgo–KAGRA описали это как самое «громкое» событие гравитационных волн за всю историю наблюдений, с отношением сигнал/шум равным 80.

Проверка теоремы Хокинга об области

Столкновение предоставило самые убедительные на сегодняшний день доказательства предсказания Стивена Хокинга 1971 года, известного как теорема об области черной дыры, согласно которой поверхность горизонта событий черной дыры может только увеличиваться и никогда не уменьшаться. До слияния суммарная площадь поверхности двух черных дыр составляла примерно 240 000 квадратных километров — примерно размер штата Орегон. В результате слияния новая черная дыра достигла 400 000 квадратных километров, что примерно соответствует размеру Калифорнии.

«Данные показывают с подавляющей уверенностью, что площадь горизонта увеличилась после слияния», — сказал Максимилиано Иси из Колумбийского университета и Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон, который вместе с коллегой возглавил анализ, опубликованный в Physical Review Letters. Команда достигла уровня уверенности более 99 процентов, по сравнению с 95 процентами в предыдущих тестах.

Подтверждение общей теории относительности Эйнштейна

Это обнаружение также подтвердило математическое описание вращающихся черных дыр, предложенное Роем Керром в 1963 году, известное как метрика Керра, которая описывает, как пространство и время ведут себя вокруг вращающихся черных дыр. Беспрецедентная четкость GW250114 позволила ученым обнаружить фазу «затухания» — вибрации, возникающие, когда вновь образовавшаяся черная дыра приходит в свое конечное состояние.

«Мы можем определить и отделить это звенящее затухание от конечной черной дыры и установить, что существует два режима колебаний», — объяснил Иси. Эти измерения подтвердили, что черные дыры могут быть полностью описаны всего двумя свойствами: массой и спином, что делает их удивительно простыми объектами, несмотря на их экстремальную природу.

Технологические достижения позволяют сделать прорыв

Столкновение произошло между двумя черными дырами, каждая из которых примерно в 32 раза тяжелее Солнца и находится на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет. Хотя это событие похоже на первое обнаружение LIGO в 2015 году, новый сигнал был зафиксирован с четкостью в четыре раза выше благодаря десятилетнему технологическому прогрессу.

«GW250114 — это самое громкое событие гравитационной волны, которое мы обнаружили на сегодняшний день; это было похоже на шепот, превратившийся в крик», — заявил Герайнт Праттен из Бирмингемского университета. Теперь LIGO регулярно обнаруживает примерно одно слияние черных дыр каждые три дня и зарегистрировал около 300 подобных событий.

Исследование было опубликовано всего за несколько дней до 14 сентября, когда исполняется ровно 10 лет с момента первого открытия гравитационных волн с помощью LIGO. Как отметил Кип Торн, получивший Нобелевскую премию по физике в 2017 году за разработку LIGO: «Если бы Хокинг был жив, он бы наслаждался увиденным увеличением площади объединившихся черных дыр».