Самое громкое в истории столкновение черных дыр подтвердило теорию Стивена Хокинга

Учёные совместного проекта LIGO-Virgo-KAGRA сообщили, что обнаружили самый сильный сигнал за всю историю своих наблюдений. Событие получило номер GW250114, и оно подтвердило гипотезы Роя Керра (Roy Kerr) и Стивена Хокинга (Stephen Hawking).

Сигнал GW250114 был вызван слиянием двух чёрных дыр массами примерно 34 и 32 массы Солнца, на расстоянии около 1,3 млрд световых лет. После слияния образовалась новая чёрная дыра массой около 63 масс Солнца, вращающаяся с частотой порядка 100 оборотов в секунду «GW250114 — самое „громкое“ событие в области гравитационных волн, которое мы зарегистрировали на сегодняшний день; оно было похоже на то, как шёпот превращается в крик. Это дало нам беспрецедентную возможность подвергнуть теории Эйнштейна (Albert Einstein) самым строгим из возможных испытаний, подтвердив одно из предсказаний Стивена Хокинга, что при слиянии чёрных дыр общая площадь их горизонтов событий может лишь расти, а не уменьшаться», — прокомментировал событие участник исследовательской группы Герайнт Праттен (Geraint Pratten).

Уникальность GW250114 в исключительной чистоте сигнала, которая позволила провести проверку двух классических теорий.

Во-первых, предсказание Хокинга относительно горизонта событий — внешней границы чёрной дыры. Это точка, в которой гравитационное воздействие чёрной дыры становится настолько сильным, что даже свет лишается возможности двигаться настолько быстро, чтобы вырваться из её хватки. Поскольку гравитация связана с массой, размер горизонта событий или радиус Шварцшильда зависит от массы чёрной дыры: чем выше масса, тем шире горизонт событий.

В 1971 году Хокинг и израильский физик Яакоб Бекенштейн (Jacob Bekenstein) предсказали, что площадь горизонта событий новой чёрной дыры больше, чем площадь исходных чёрных дыр вместе взятых. Учёные предположили, что площадь нового горизонта событий пропорциональна энтропии чёрной дыры или мере её хаотичности. Изучение сигнала GW250114 показало, что суммарная площадь поверхности чёрных дыр — прародительниц составляет 240 000 км²; площадь поверхности образовавшейся в результате их слияния дочерней чёрной дыры выросла до 400 000 км².

Во-вторых, событие GW250114 также подтвердило гипотезу новозеландского математика Роя Керра — он предложил решение уравнений общей теории относительности для вращающейся чёрной дыры или «геометрию Керра». «Чёрная дыра Керра» описывается сложнее, чем в варианте Шварцшильда для неподвижной чёрной дыры, потому что вращающаяся чёрная дыра «растягивает» пространство и время несколько иначе — у Керра описывается не только масса объекта, но и его угловой момент или спин. Новизна гипотезы Керра в том, что она является исчерпывающей: если для описания звезды требуется большой набор характеристик, то чёрная дыра описывается всего двумя — массой и вращением.

После слияния двух чёрных дыр система входит в фазу затухания, при которой новая чёрная дыра производит вибрации и испускает гравитационные волны на определённых частотах, как будто у неё меняется «голос». Керр предсказал, что «голос» дочерней чёрной дыры определяют её масса и вращение. «Учитывая чёткость сигнала GW250114, мы впервые смогли выделить два „тона“ в „голосах“ чёрных дыр, подтвердить, что они ведут себя в соответствии с предсказанием Керра, и получить беспрецедентно убедительное доказательство керровской природы существующих чёрных дыр», — пояснил участник исследовательской группы Грегорио Карулло (Gregorio Carullo).