Полученные недавно данные, касающиеся гравитационных волн, предоставили первые эмпирические подтверждения «второго закона» термодинамики, относящегося к черным дырам: площадь их горизонта событий не может уменьшиться в результате какого-либо классического процесса.
Область пространства-времени, характеризующуюся настолько сильным притяжением, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, не могут ее покинуть, называют черной дырой. Излучение, фотоны которого приближаются к черной дыре, также не способно вырваться из ее гравитационного поля. Этот предел соответствует горизонту событий — непереходимой границе, за пределы которой ничто не способно преодолеть.
Еще в начале 1970-х годов исследования Яакова Бекенштейна и Стивена Хокинга продемонстрировали, что поведение черной дыры должно определяться принципам, наблюдения удивительным образом напоминают первые шаги термодинамики. Например, площадь горизонта событий не может уменьшаться с течением времени, что аналогично поведению классической энтропии. Данные выкладки успешно соответствуют теоретическим моделям и расчетам, но до настоящего времени не получили эмпирического подтверждения. Первые свидетельства появились недавно, благодаря гравитационно-волновым обсерваториям, регистрирующим «рябь пространства-времени».
В 2015 году инструменты LIGO и Virgo впервые зарегистрировали уловили гравитационные волны от слияния пары черных дыр — событие GW150914. А в 2019-м был зарегистрирован сигнал от новорожденной дыры, образовавшейся в результате этого слияния. Теперь американские астрофизики вернулись к полученным тогда данным и заново проанализировали их. Об этой работе они пишут в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Изи Максимилиано (Isi Maximiliano) и его команда из Массачусетского технологического института определили массы и спины всех трех черных дыр: исходных и образовавшейся в результате их слияния. Это дало возможность оценить и сопоставить площади горизонтов событий каждой из них. Площадь горизонта событий исходных черных дыр составила приблизительно 235 тысяч квадратных километров, а у новой — 367 тысяч. Таким образом, горизонт событий не сократился, а увеличился, что соответствует прогнозам термодинамики черных дыр.
Эти принципы описывают лишь классические процессы. Квантовые же эффекты способны вызывать совершенно иные явления, включая уменьшение горизонта событий и, возможно, полное испарение черных дыр вследствие излучения Хокинга.