Астрономи довели фундаментальну теорію Стівена Гокінга про злиття чорних дір

Нові спостереження двох чорних дір, що зливаються, підтвердили передбачення Стівена Гокінга, засновані на теорії відносності Альберта Ейнштейна. Через десять років після першого виявлення гравітаційних хвиль, спричинених зіткненням чорних дір, колаборація LIGO–Virgo–KAGRA, до якої входить астроном Колумбійського університету Максиміліано Ісі, зафіксувала ще один подібний сигнал із безпрецедентною точністю.

Завдяки значному підвищенню чутливості детекторів науковці змогли спостерігати подію з майже вчетверо більшою роздільною здатністю, ніж раніше. Це дозволило підтвердити два ключові теоретичні положення: що чорні діри, утворені в результаті злиття, ніколи не зменшуються — відповідно до гіпотези Гокінга, — і що після злиття вони «резонують», випромінюючи гравітаційні хвилі, як передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна. «Цей безпрецедентно чіткий сигнал злиття чорних дір, відомий як GW250114, став важливим випробуванням наших головних уявлень про чорні діри та гравітаційні хвилі», — зазначив Ісі.

Ще у 1971 році Стівен Гокінг висунув припущення, що горизонт подій чорної діри — межа, за якою ніщо не може вирватися, навіть світло, — ніколи не зменшується. У 2021 році Ісі та його команда, використовуючи дані обсерваторії LIGO, уперше експериментально підтвердили цю теорію. Нинішні результати зміцнили попередні висновки, показавши з вищою точністю, що поверхня чорної діри після злиття завжди більша або дорівнює сумі площ обох початкових об’єктів. Для цього було використано дані з двох обсерваторій LIGO — у штатах Вашингтон і Луїзіана.

Науковці також змогли ізолювати та дослідити гравітаційні хвилі, що виникають після злиття чорних дір. Вимірявши частоту та тривалість цих хвиль, вони отримали нові відомості про структуру та властивості утвореної чорної діри. Аналіз показав, що вона відповідає моделі так званої чорної діри Керра, описаної математиком Роєм Керром у 1960‑х роках як точне розв’язання рівнянь Ейнштейна.

Підтвердження того, що чорні діри дійсно поводяться згідно з розв’язком Керра, є одним із найскладніших завдань сучасної фізики. Завдяки цьому надзвичайно чіткому сигналу Ісі та колаборації LIGO вдалося отримати найпряміший доказ цієї моделі. «У найближче десятиліття детектори гравітаційних хвиль, як-от LIGO, продовжать удосконалюватися, і ми зможемо ще точніше досліджувати чорні діри та їхні таємниці», — додав Ісі.