Рябь в пространстве-времени, возникающая в результате слияния двух черных дыр, была зафиксирована с беспрецедентной детализацией, что позволило физикам проверить предсказания общей теории относительности.
Художественное изображение столкновения черных дыр, в результате которого образовалась GW250114. А. Симоннет/Университет штата Сонома; Сотрудничество LIGO-Virgo-KAGRA; Университет Род-Айленда
Самое громкое из когда-либо зарегистрированных столкновений двух черных дыр позволило ученым проверить теорию общей относительности Эйнштейна с беспрецедентной детализацией, показав, что предсказания физика снова оказались верны.
В 2025 году международная группа детекторов гравитационных волн, состоящая из сверхчувствительных лазерных матриц, обнаружила мощную рябь в ткани пространства-времени, получившую обозначение GW250114, предположительно возникшую в результате слияния двух черных дыр.
Детекторы, в том числе Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США и детектор Virgo в Италии, стали гораздо более чувствительными, чем когда LIGO впервые зафиксировал гравитационные волны в 2016 году. Это означало, что данные по GW250114 были самыми четкими и свободными от шума среди всех событий, связанных с гравитационными волнами, что делает его уникальной площадкой для проверки предсказаний, основанных на хорошо проверенных физических теориях.
В прошлом году исследователи использовали данные из GW250114 для проверки теоремы Стивена Хокинга, предложенной более 50 лет назад, согласно которой горизонт событий слившейся черной дыры — область, из которой свет больше не может выходить, — не будет меньше суммы горизонтов событий родительских черных дыр. Результаты показали с почти 100-процентной уверенностью, что Хокинг был прав.
Теперь Киф Митман из Корнельского университета в Нью-Йорке и его коллеги пошли еще дальше и проверили, соответствует ли слияние черных дыр общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Исходные уравнения Эйнштейна описывают движение любого объекта, обладающего массой, в пространстве-времени. Когда эти уравнения корректируются для случая слияния двух черных дыр и затем решаются, вырисовывается совершенно иная картина. Черные дыры сначала вращаются друг вокруг друга по спирали с возрастающей скоростью, затем сталкиваются, высвобождая колоссальный выброс энергии, после чего начинают вибрировать на различных частотах, подобно тому, как звонит колокол после удара.
Эти частоты, называемые модами затухания, были слишком слабыми, чтобы их можно было наблюдать в предыдущих событиях, связанных с гравитационными волнами, но GW250114 была достаточно громкой, чтобы можно было должным образом проверить моды, предсказанные уравнениями Эйнштейна. Митман и его коллеги смоделировали уравнения Эйнштейна и получили предсказания о том, насколько громкими и на каких частотах должны быть эти колебания черной дыры. При сравнении их с измеренными частотами они практически совпали.
«Измеренные нами амплитуды в данных невероятно хорошо согласуются с предсказаниями численной теории относительности», — говорит Митман. «Уравнения Эйнштейна очень сложно решить, но когда мы их решаем и наблюдаем предсказания общей теории относительности в наших детекторах, эти два явления совпадают».
«В итоге, Эйнштейн по-прежнему прав», — говорит Лора Натталл из Университета Портсмута, Великобритания. «Все, кажется, соответствует тому, что Эйнштейн говорил о гравитации».
Несмотря на громкость GW250114, частоты были настолько слабыми, что Митман и его команда не могли исключить возможность их отклонения от предсказаний Эйнштейна менее чем на 10 процентов. Это в основном следствие ограничений чувствительности наших детекторов, говорит Митман, и должно уменьшаться по мере повышения чувствительности детекторов гравитационных волн. Однако, если теория Эйнштейна в чем-то неверна, то это различие сохранится.
«По мере того, как мы наблюдаем все больше и больше событий или видим более громкие отдельные события, эти погрешности могут уменьшиться до значений, близких к нулю, или же могут уменьшиться до значений, близких к нулю», — говорит Митман. «Если они уменьшатся до значений, близких к нулю, это будет гораздо интереснее».
Physical Review Letters, DOI: 10.1103/6c61-fm1n
Тайны Вселенной: Чешир, Англия
Проведите выходные в компании самых выдающихся ученых, исследуя тайны Вселенной в рамках увлекательной программы, которая включает в себя экскурсию к знаменитому телескопу Ловелла.
Узнать больше
Источник: www.newscientist.com
