Американські астрофізики здійснили прорив у дослідженні Всесвіту, зафіксувавши найчіткіші гравітаційні хвилі, що виникли внаслідок злиття двох чорних дір. Для цього вони використали вдосконалене обладнання лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії LIGO.
Про це розповідає ProIT
Прорив у спостереженнях чорних дір
У результаті злиття утворилася чорна діра, маса якої у 63 рази перевищує масу Сонця, а швидкість обертання сягає близько 100 разів на секунду. Зібрані дані стали найпереконливішим підтвердженням багаторічних теорій, що їх свого часу висунули Альберт Ейнштейн та Стівен Гокінг.
Це відкриття відбулося через десятиліття після першого переконливого підтвердження існування гравітаційних хвиль. Сучасні методи і вдосконалені інструменти LIGO дозволили детальніше простежити процес злиття чорних дір і аналізувати отримані сигнали на рівні, що був недоступний ще 10 років тому.
Гравітаційні хвилі і теореми фізики
Гравітаційні хвилі — це мінімальні коливання простору-часу, що виникають під час масштабних космічних подій, таких як вибухи наднових або злиття чорних дір. Їх існування було вперше передбачене Ейнштейном у загальній теорії відносності. Хвилі настільки дрібні, що їх амплітуда у тисячі разів менша за ширину протона, а для їх фіксації LIGO використовує лазери, спрямовані по чотирикілометрових тунелях.
Виявлення цього сигналу стало найбільш точним за всю історію спостережень: співвідношення сигналу до шуму досягло рекордного рівня — сигнал був у 80 разів потужнішим за фоновий шум. Це дозволило астрофізикам зареєструвати “реверберації” від новоствореної чорної діри, які раніше залишалися недоступними для аналізу через слабкість сигналу.
“Нова пара чорних дір — майже близнюки історичного першого виявлення 2015 року. Але інструменти стали набагато кращими, тому ми можемо аналізувати сигнал способами, які були просто неможливі 10 років тому. Ми знайшли один з найпереконливіших на сьогодні доказів того, що астрофізичні чорні діри — це чорні діри, передбачені загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна”, — підкреслив керівник дослідження, астрофізик з Колумбійського університету Максиміліано Ізі.
Команда під керівництвом Максиміліано Ізі розробила новий підхід, який дозволив виділити окремі “тони” слабких сигналів, що виникають після злиття чорних дір. Деталізовані вимірювання дали змогу впевнено зафіксувати сигнали тривалістю лише мілісекунди, чого раніше неможливо було досягти.
Завдяки цьому вчені отримали виключно докладне уявлення про поведінку чорної діри як до, так і після злиття. Виявилося, що об’єднана чорна діра ідеально відповідає рівнянню, яке у 1963 році вивів фізик Рой Кер, — згідно з ним, чорну діру можна повністю описати лише двома параметрами: масою та спином.
Дослідники також підтвердили справедливість теореми Стівена Гокінга щодо площі чорних дір: горизонт подій чорної діри не зменшується, а лише зростає. Це відкриття натякає на глибокий зв’язок із другим законом термодинаміки, відповідно до якого ентропія ізольованої системи може лише збільшуватися або залишатися незмінною.
Результати дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, що ще раз підкреслює важливість відкриття для фундаментальної науки та розуміння природи простору-часу.