Физики доказали теорию Стивена Хокинга (5 фото)
Пятьдесят лет назад Стивен Хокинг выдвинул теорию о черных дырах, заявив, что площадь их горизонт событий - граница, из-за которой ничто не может вырваться, - никогда не уменьшается. И вот теперь его теоретические постулаты были доказаны учеными. Группа исследователей из Массачусетского технологического института подтвердила теорему покойного физика о площади с точностью более 95 процентов, используя материалы наблюдений за гравитационными волнами.
Команда совершила этот прорыв, используя данные от наблюдений за GW150914 - первыми обнаруженными гравитационными волнами, которые были созданы двумя сворачивающимися в спираль черными дырами, создавшими новую. Это событие высвободило большое количество энергетических колебаний в пространстве-времени.
Ученые повторно проанализировали сигнал гравитационных волн до и после столкновения черных дыр и определили, что площадь горизонта событий не уменьшилась после слияния. Ведущий автор исследования Максимилиано Иси, аспирант института эйнштейновской программы НАСА из Института астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института, заявил: «Возможно, в космосе существует целый зоопарк различных компактных объектов, и хотя некоторые из них являются черными дырами, которые следуют законам Эйнштейна и Хокинга, другие могут быть немного другими зверями. Так что не надо думать, будто одним наблюдением все ограничится. Это только начало».
В 2019 году Иси и его коллеги разработали метод захвата волн сразу после пика GW150914 - момента, когда две родительские черные дыры столкнулись, чтобы сформировать новую черную дыру. Команда использовала свою методику чтобы выделить определенные частоты или тона еще до того, как космический шум в результате столкновения покроет зостальныце звуки. Пойманные таким образом волны они могли использовать для расчета окончательной массы и скорости вращения черной дыры.
И масса, и скорость вращения связаны с площадью горизонта событий черной дыры, что заставило исследователей задуматься, можно ли сравнить сигнал до и после слияния, чтобы подтвердить теорему Хокинга. Чтобы ответить на вопрос, команда разделила сигнал GW150914 на его пике или слиянии, а затем разработала модель для анализа сигнала перед определением массы и скорости вращения обеих черных дыр.
Исследователи подсчитали, что общая площадь горизонта обеих черных дыр составляла около 500 тысяч квадратных километров. Затем они использовали свою технику, чтобы зафиксировать площадь слившихся черных дыр. Это позволило команде вычислить массу и скорость вращения вновь образованной черной дыры, а также площадь ее горизонта. Они обнаружили, что она несколько больше общей площади горизонтов событий материнских дыр, хотя и сравнима с ними. "Данные показывают с огромной уверенностью, что площадь горизонта увеличилась после слияния, и что закон площади выполняется с очень высокой вероятностью, - сказал Иси. - Было облегчением узнать, что наш результат действительно соответствует парадигме, которую мы ожидаем увидеть, и действительно подтверждает наше понимание столь сложных материй, как слияния черных дыр».
Команда планирует продолжить проверку теоремы Хокинга о площадях. «Отрадно, что мы можем по-новому взглянуть на данные о гравитационных волнах и найти ответы на вопросы, которые раньше казались нам недоступными, - заявил Иси. - Мы можем продолжать извлекать информацию о том, что, как нам кажется, мы понимаем. Однажды эти данные могут выявить то, чего мы не ожидали».