|
Теории Хокинга и Керра о черных дырах подтверждены
|
|
|
|
Ученые подтвердили две давние теории, касающиеся черных дыр, благодаря обнаружению наиболее четко зарегистрированного на сегодняшний день гравитационно-волнового сигнала. Спустя десять лет после обнаружения первой гравитационной волны коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (10 сентября) объявила об обнаружении GW250114 — пульсации в пространстве-времени, которая позволяет получить беспрецедентное представление о природе черных дыр и фундаментальных законах физики.
|
|
|
|
Исследование подтверждает предсказание профессора Стивена Хокинга, сделанное в 1971 году, о том, что при столкновении черных дыр общая площадь горизонта событий образующейся черной дыры больше, чем сумма отдельных черных дыр — она не может уменьшаться.
|
|
|
|
Исследования также подтвердили керровскую природу черных дыр — систему уравнений, разработанную в 1963 году новозеландским математиком Роем Керром и элегантно объясняющую, как выглядят пространство и время вблизи вращающейся черной дыры. Метрика Керра предсказывает такие эффекты, как "перетаскивание" пространства и зацикливание света для создания нескольких копий объектов.
|
|
|
|
Публикуя свои результаты в журнале Physical Review Letters, международная группа исследователей, в которую входят эксперты из Бирмингемского университета, отмечает, что GW250114 был обнаружен с отношением сигнал/шум 80. Такая четкость позволила провести точные тесты общей теории относительности и термодинамики черных дыр.
|
|
|
|
|
|
|
Герайнт Праттен, научный сотрудник Королевского общества Бирмингемского университета и член команды по написанию статьи LVK, прокомментировал: "GW250114 - самое громкое гравитационно-волновое событие, которое мы обнаружили на сегодняшний день, это было похоже на шепот, переходящий в крик.
|
|
|
|
"Это дало нам беспрецедентную возможность подвергнуть теории Эйнштейна самым тщательным из возможных тестов, подтвердив одно из новаторских предсказаний Стивена Хокинга о том, что при слиянии черных дыр общая площадь их горизонтов событий может только увеличиваться, а не сокращаться".
|
|
|
|
GW250114 был обнаружен двумя детекторами гравитационно-волновой обсерватории лазерного интерферометра (LIGO) в США. LIGO работает в координации с двумя международными партнерами, гравитационно-волновым детектором Virgo в Италии и KAGRA в Японии, образуя сеть поиска гравитационных волн, известную как LVK (ЛИГО, Дева, КАГРА).
|
|
|
|
Команда LVK, в которую входят сотрудники Бирмингемского университета, смогла установить, что GW250114 образовалась в результате столкновения двух черных дыр с массами, примерно в 32 раза превышающими массы нашего Солнца.
|
|
|
|
LIGO обнаруживает гравитационную волну, проходящую через Землю каждые несколько дней, но GW250114 оказался особенным. Полученные данные показывают, что первоначальная площадь поверхности черных дыр была примерно равна площади Соединенного Королевства (240 000 квадратных километров), в то время как конечная площадь составляла около 400 000 квадратных километров (примерно как площадь Швеции).
|
|
|
|
В 1970-х годах Хокинг и физик Джейкоб Бекенштейн пришли к выводу, что площадь черной дыры пропорциональна ее энтропии, или степени беспорядка, что проложило путь для последующих новаторских работ в области квантовой гравитации, которые пытаются объединить два столпа современной физики: общую теорию относительности и квантовую физику.
|
|
|
|
После слияния черных дыр, во время того, что физики называют фазой "отбоя", последняя черная дыра вибрирует, испуская гравитационные волны на определенных частотах, подобно характерным звукам, которые издает колокол при ударе, - "голосам" черной дыры.
|
|
|
|
Решение Роя Керра предсказывает, что черная дыра и ее "голоса", когда их нарушают, однозначно описываются всего двумя числами: массой и вращением черной дыры. Выводы из этого новаторского результата выделяют черные дыры среди любых других небесных объектов: звезда может быть описана только с помощью очень большого набора сложных свойств, в то время как даже черные дыры, которые в миллион раз тяжелее нашего Солнца, удивительным образом описываются всего двумя простыми числами - массой и вращением.
|
|
|
|
Грегорио Карулло, доцент Бирмингемского университета и координатор одной из аналитических групп LVK, прокомментировал: "Учитывая четкость сигнала, получаемого GW250114, мы впервые смогли выделить два "тона" из голосов черной дыры и подтвердить, что они ведут себя в соответствии с предсказанием Керра, получены беспрецедентные убедительные доказательства керровской природы черных дыр, обнаруженных в природе".
|
|
|
|
Результаты были опубликованы почти ровно через десять лет после первого знаменательного наблюдения гравитационных волн. 14 сентября 2015 года на Землю поступил сигнал, содержащий информацию о паре удаленных черных дыр, которые свернулись в спираль и слились воедино.
|
|
|
|
Это историческое открытие, в которое исследователи Бирмингема внесли значительный вклад, разработав аппаратуру для детекторов LIGO, высокоточные модели гравитационных волн, генерируемых слиянием черных дыр, и методы анализа, позволяющие извлекать из полученных данных свойства черных дыр, означало, что ученые теперь могут воспринимать Вселенную с трех точек зрения. разными способами.
|
|
|
|
Патриция Шмидт, доцент Бирмингемского университета и сопредседатель аналитической группы LVK, прокомментировала: "Обнаружение двойной черной дыры с параметрами, аналогичными параметрам GW150914, но в три раза более громкой, всего через десять лет после революционного открытия, стало возможным благодаря огромным технологическим усовершенствованиям наших приборов, прокладывающий путь для точной астрономии с использованием гравитационных волн".
|
|
|
|
Амит Сингх Убхи (Amit Singh Ubhi), один из сотрудников компании Birmingham instrumentation, предоставивший ключевое оборудование, которое сделало возможным такое открытие, добавил: "Исключительное соотношение сигнал/шум в GW250114 демонстрирует коллективные достижения нашего сообщества в области гравитационно-волновых приборов.
|
|
|
|
"Эта беспрецедентная четкость позволяет нам исследовать эволюцию черных дыр с непревзойденной точностью, демонстрируя влияние передовых технологий на наше понимание фундаментальных законов природы".
|
|
|
|
Источник
|
