Ученые, отслеживающие слабую рябь, пронизывающую космос, назвали сигнал GW250114 выдающимся. Это самый четкий гравитационный всплеск из когда-либо зарегистрированных от пары сливающихся черных дыр. Он предоставил исследователям необычайно точный инструмент для проверки общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
По словам физика Кифа Митмана из Корнеллского университета, это событие почти идентично первому наблюдению десятилетней давности – GW150914. Причина, по которой новый сигнал настолько яснее, заключается исключительно в том, что детекторы за последнее десятилетие стали значительно точнее. Исследование сигнала – результат глобальных усилий, объединивших научную коллаборацию LIGO в США с коллаборациями Virgo в Италии и KAGRA в Японии.
Гравитационная волна GW250114 родилась в результате столкновения двух черных дыр, которое отправило рябь сквозь ткань пространства-времени. Когда сигнал достиг детекторов Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), ученые приступили к его анализу. Согласно их выводам, опубликованным в журнале Physical Review Letters, сигнал ведет себя в точности так, как предсказывает общая теория относительности. В то же время исследователи полагают, что не каждое слияние черных дыр будет так строго следовать правилам Эйнштейна, что может открыть двери в новую фундаментальную физику.
Когда две черные дыры сливаются, новообразованный объект вибрирует, подобно колоколу после удара. Эти вибрации – так называемая фаза «послезвония» – производят отчетливые тона, определяемые частотой колебаний и временем затухания. Измерение одного тона позволяет ученым вычислить массу и вращение финальной черной дыры. Обнаружение двух или более тонов дает возможность провести несколько независимых проверок тех же самых свойств, предсказанных общей теорией относительности.
«Если эти два измерения согласуются друг с другом, вы фактически подтверждаете общую теорию относительности», – объясняет Митман. – «Но если вы измерите два тона, которые не соответствуют одной и той же комбинации массы и вращения, вы можете начать исследовать, насколько сильно произошло отклонение от предсказаний Эйнштейна». В случае с GW250114 сигнал был достаточно четким, чтобы ученые измерили два тона и установили ограничения для третьего. Все полученные результаты совпали с теорией.
Что, если бы измерения не совпали? Физикам пришлось бы проделать огромную работу, чтобы объяснить происходящее и понять, какой могла бы быть истинная теория гравитации в нашей Вселенной. Многие ученые считают, что будущие гравитационные сигналы не будут полностью соответствовать общей теории относительности, что даст ключ к разгадке давних космологических тайн.
У физиков уже есть подозрения, что общая теория относительности – не окончательное слово в описании гравитации. Она не объясняет такие явления, как темная энергия и темная материя, и терпит неудачу при попытках согласовать ее с законами, управляющими квантовым миром. Ученые надеются, что однажды они увидят отклонения от классических предсказаний Эйнштейна. Эти сигнатуры квантовой гравитации, запечатленные в гравитационных волнах, помогут направить исследователей к созданию истинной теории квантовой гравитации.
