Горизонт событий чёрной дыры перестал быть лишь математической абстракцией — учёные впервые «увидели» его следы

До сих пор горизонт событий чёрной дыры рассматривался как математическая абстракция — некая граница невозврата, после прохождения которой ничто не могло покинуть чёрную дыру. Определение этой границы носило косвенный характер и основывалось на косвенных данных о массе и скорости вращения чёрной дыры. Появление в руках учёных детекторов гравитационных волн, похоже, впервые помогло обнаружить материальные следы горизонта событий.

Открытие было сделано при изучении «самого громкого» в истории гравитационно-волновых наблюдений слияния чёрных дыр — события GW250114. В момент слияния чёрных дыр возникает сильнейший гравитационно-волновой эффект — чёрная дыра начинает испускать гравитационные волны строго на определённой частоте, которая зависит от её массы и скорости вращения (и от заряда, что предполагает теория). Это подобно удару колокола, звук которого постепенно затухает. В таком режиме чёрная дыра существует в так называемом состоянии квазинормальных мод.

Анализ события GW250114 показал, что в момент слияния чёрных дыр возникает нечто, что можно классифицировать как прямую волну. Следует уточнить, что слово «анализ» в применении к гравитационно-волновой астрономии носит условный характер. Строго говоря, в данных по ГВ-событиям нет никаких прямых данных, которые можно анализировать. Для понимания происходящего — того, что показали приборы обсерватории, — сначала на суперкомпьютерах создаются модели возможных реакций приборов на весь допустимый спектр событий (массы чёрных дыр, орбитальные и угловые скорости). Последующие регистрации сравниваются с моделями, и это служит «толкованием» события — того, что же там могло произойти. Тем самым «прямая волна» — это тоже допущение, которое может существовать и при этом не противоречит моделям и наблюдениям.

Само событие GW250114 было зафиксировано 14 января 2025 года двумя американскими интерферометрами LIGO — в Хэнфорде и Ливингстоне. Источником сигнала стало слияние двух чёрных дыр примерно одинаковой массы — порядка 30–40 масс Солнца каждая. После их слияния образовалась вращающаяся чёрная дыра. Как и много раз до этого, после слияния дыра «зазвучала» в режиме квазинормальных мод. Но в этот раз исследователи попытались отделить от привычных квазинормальных мод более тонкий компонент — прямую волну, теоретически предсказанную как след бурного поведения вещества в условиях чудовищного искривления пространства-времени у самого горизонта событий.

Согласно модели, прямой гравитационно-волновой сигнал должен характеризоваться частотой, близкой к двукратному значению частоты вращения чёрной дыры, и быстро затухать из-за красного смещения в условиях сильного гравитационного возмущения у горизонта событий и, собственно, непосредственного гравитационного воздействия на сигнал. В данных GW250114 этот компонент, как считают авторы работы, проявился с довольно высокой значимостью, что даёт ему право на существование.

Если интерпретация подтвердится на других событиях, это станет новым способом изучать не только «эхо» уже сформировавшейся чёрной дыры, но и физику почти у самого горизонта событий — области, которая до сих пор была доступна только сугубо математически.