Объединение двух черных дыр – событие, способное сотрясти само пространство-время, порождая гравитационные волны, которые учёные фиксируют при помощи детекторов LIGO-Virgo-KAGRA. Недавно зафиксированный сигнал GW250114, ставший самым чётким свидетельством такого космического катаклизма, открывает новые горизонты в понимании этих загадочных объектов.
Спустя десять лет после первого обнаружения гравитационных волн от слияния черных дыр, коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA, в которую входит астроном Колумбийского университета Максимилиано Иси, зарегистрировала поразительно похожее событие, но с беспрецедентной детализацией. Усовершенствования в чувствительности детекторов позволили наблюдать эту последнюю коллизию почти в четыре раза чётче, чем оригинальное открытие. Благодаря улучшенному обзору исследователи смогли подтвердить два ключевых предсказания о черных дырах.
Первое из них касается гипотезы Стивена Хокинга 1971 года: он предположил, что площадь горизонта событий – внешней границы черной дыры, за пределы которой не может выйти ни свет, ни материя – никогда не уменьшается. В 2021 году Максимилиано Иси с коллегами, используя данные LIGO, уже предоставили одно из первых наблюдательных подтверждений этой идеи. Новый, более чёткий сигнал GW250114 не только укрепил эти выводы, но и сделал это с гораздо большей точностью. Он убедительно демонстрирует, что суммарная площадь поверхности конечной объединённой черной дыры всегда как минимум равна или больше суммарной площади двух исходных черных дыр. Такой уровень точности стал возможен благодаря использованию данных с обоих детекторов LIGO, расположенных в штатах Вашингтон и Луизиана.
Второе подтвержденное предсказание затронуло представление о том, что возмущённые черные дыры вибрируют подобно колоколу, издающему гудящий звук. Это поведение, предсказанное общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, позволяет учёным «слышать» характеристики этих объектов. Исследователям удалось разделить и детально изучить гравитационные волны, возникшие после слияния. Анализируя «высоту тона» и продолжительность этих послеколлизионных волн, они получили новые знания о размере и внутренних свойствах новообразованной черной дыры. Этот процесс аналогичен тому, как анализ высоты звука, издаваемого полым инструментом, может рассказать о его размере и форме, а также об объекте, который по нему ударил.
Полученные данные показали, что окончательная черная дыра соответствует ожиданиям так называемой «черной дыры Керра». В 1960–х годах математик Рой Керр решил уравнения Эйнштейна, чтобы описать точную структуру вращающейся черной дыры. Физики обычно ожидают, что все черные дыры будут вести себя в соответствии с этим решением, однако получить прямое доказательство было чрезвычайно сложно. Именно благодаря анализу вибраций объединённой черной дыры в исключительно чётком сигнале GW250114, Максимилиано Иси и команда LIGO представили самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что реальные черные дыры следуют модели Керра. «Этот беспрецедентно чёткий сигнал слияния черных дыр, известный как GW250114, подвергает проверке некоторые из наших важнейших гипотез о черных дырах и гравитационных волнах», – отметил Максимилиано Иси. Он также подчеркнул: «В течение следующего десятилетия детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, будут продолжать совершенствоваться, давая нам более чёткий взгляд на черные дыры и их тайны. Я с нетерпением жду, что мы ещё узнаем.»
