Обнаружение гравитационных волн GW250114 подтвердило ключевые теории о черных дырах

Новости МирТесен

Совместный проект LIGO-Virgo-KAGRA сообщил о регистрации гравитационно-волнового события, получившего обозначение GW250114. Этот сигнал является одним из наиболее выраженных, когда-либо зарегистрированных. Открытие совпало с десятилетием первого в истории подтверждения существования гравитационных волн.

Благодаря сигналу с исключительно высоким отношением полезного сигнала к шуму удалось подтвердить два ключевых предсказания, основанных на физике черных дыр. Первое из них связано с теоремой о площади, предложенной Стивеном Хокингом в 1971 году, согласно которой общая площадь горизонта событий не может сокращаться при слиянии двух черных дыр. Второе подтверждение относится к метрике Керра, которая описывает геометрию пространства-времени вблизи вращающейся черной дыры, используя лишь два параметра: массу и угловой момент (спин).

Данные измерения служат непосредственным подтверждением общей теории относительности, термодинамики чёрных дыр, а также демонстрируют, как гравитация проявляет себя в условиях экстремальных нагрузок. О результатах исследования сообщается в журнале 10 сентября 2025 года.

Сигнал GW250114 был зафиксирован двумя установками обсерватории LIGO, расположенными в США, и согласованно обрабатывался детекторами Virgo в Италии и KAGRA в Японии, что позволяет формировать международную сеть мониторинга гравитационных волн LVK. По результатам анализа международной группы ученых, в состав которой вошли исследователи из Бирмингемского университета, причиной события стало слияние двух черных дыр, обладающих массой примерно в 32 солнечных массы каждая. Объединение произошло на удалении около 1,3 миллиарда световых лет от нашей планеты.

Благодаря исключительно чистому сигналу GW250114 стали возможны точные экспериментальные исследования основных прогнозов. Анализ данных наглядно показывает соответствие теоремы о площади: общая площадь горизонтов двух исходных черных дыр составила около 240 000 км², в то время как площадь горизонта образовавшейся черной дыры приблизительно равна 400 000 км². Увеличение площади соответствует не только предсказаниям общей теории относительности, но и указывает на то, что слияние подчиняется законам, устанавливающим связь между площадью горизонта и энтропией черной дыры. Полученные данные исключают вероятность аномального поведения или альтернативных теорий, предполагающих меньшую площадь.

Другие характеристики события, включая количество энергии, высвобожденной в виде гравитационных волн, масса, утраченная в ходе слияния, и сам механизм этого слияния, также полностью соответствуют результатам компьютерного моделирования. По словам Кипа Торна, лауреата Нобелевской премии по физике 2017 года, если бы Стивен Хокинг был жив, он был бы очень доволен тем, что анализ данных GW250114 подтверждает его теоретическое предсказание.

Данный сигнал также позволил убедиться в обоснованности метрики Керра. После объединения новая черная дыра перешла к стадии угасающих колебаний, сопровождающихся излучением гравитационных волн, порожденных вибрациями ее горизонта событий. Высокое качество полученного сигнала дало возможность ученым не только определить основную частоту этих колебаний, но и выявить как минимум две различные составляющие. Зарегистрированные частоты и время затухания полностью соответствуют прогнозам, полученным на основе модели Керра, что предоставило одно из наиболее весомых подтверждений ее корректности для настоящих черных дыр.

Данное исследование имеет большое значение, так как любые расхождения могли бы свидетельствовать о новых физических явлениях, таких как изменения в общей теории относительности при экстремальных условиях. В настоящее время полученные данные указывают на соответствие теоретических моделей и характеристик наблюдаемых черных дыр.