Совместный проект LIGO-Virgo-KAGRA сообщил о регистрации гравитационно-волнового события, получившего обозначение GW250114. Этот сигнал является одним из наиболее выраженных, когда-либо зафиксированных. Обнаружение совпало с десятилетием со дня первой в истории регистрации 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).
Проведенные измерения служат непосредственным подтверждением общей теории относительности, термодинамики черных дыр, а также гравитационных процессов в условиях экстремальных нагрузок. О результатах исследования сообщается в журнале 10 сентября 2025 года.
Обсерватория LIGO зафиксировала сигнал GW250114 с помощью двух детекторов, расположенных в США, совместно с детекторами Virgo в Италии и KAGRA в Японии. Эта сеть, известная как LVK, осуществляет международное наблюдение за гравитационными волнами. По мнению международной группы ученых, в состав которой вошли исследователи из Бирмингемского университета, источником события стало слияние двух черных дыр, каждая из которых имеет массу, приблизительно в 32 раза превышающую массу Солнца. Это слияние 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 параметры произошедшего, включая количество энергии, высвобожденной в виде гравитационных волн, масса, утраченная в ходе слияния, и сам механизм взаимодействия, 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 предсказание.
Данный сигнал также позволил убедиться в корректности метрики Керра. После слияния образовавшаяся черная дыра перешла к стадии затухающих колебаний, сопровождающихся излучением гравитационных волн, порожденных вибрациями ее горизонта событий. Высокое качество полученного сигнала позволило исследователям не только определить основную частоту этих колебаний, но и выявить как минимум две различные составляющие. Зафиксированные частоты и время затухания полностью соответствуют прогнозам модели Керра, что предоставило одно из наиболее весомых доказательств ее верности для настоящих черных дыр.
Данное исследование имеет решающее значение, так как любые расхождения могли бы указывать на проявление новой физики, в частности, на изменения в общей теории относительности при экстремальных условиях. В настоящее время имеющиеся данные свидетельствуют о том, что теоретические модели точно воспроизводят характеристики наблюдаемых черных дыр.