Открытие открывает новую эру в астрономии

(Дэн Три) — Десять лет назад учёные впервые услышали звуки Вселенной. Это открытие подтвердило важное предсказание Эйнштейна и открыло новую эру в астрономии.

Слева: физик Альберт Эйнштейн, справа: г-н Карл Нокс — специалист по креативным технологиям и научной визуализации, Технологический университет Суинберна, Австралия.

Это было первое открытие гравитационных волн. Оно подтвердило ключевое предсказание общей теории относительности Эйнштейна. Теперь же новое открытие гравитационных волн подтвердило теорию Стивена Хокинга — ещё одного «гиганта» в области астрономии.

Что такое гравитационные волны?

Гравитационные волны – это «рябь» в ткани пространства-времени, распространяющаяся со скоростью света. Они создаются массивными объектами, которые движутся с чрезвычайно высокой скоростью, например, сталкивающимися чёрными дырами или слиянием массивных звёздных остатков, называемых нейтронными звёздами.

Эти волны, распространяющиеся по Вселенной, были впервые напрямую обнаружены 14 сентября 2015 года двумя детекторами лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США.

Первый сигнал, получивший название GW150914, появился в результате столкновения двух черных дыр, масса каждой из которых более чем в 30 раз превышала массу Солнца и которые находились на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли.

Это было первое прямое доказательство существования гравитационных волн, предсказанных теорией относительности Эйнштейна 100 лет назад. За это открытие трое учёных — Райнер Вайс, Барри Бариш и Кип Торн — были удостоены Нобелевской премии по физике 2017 года.

Моделирование показывает гравитационные волны, создаваемые двумя черными дырами, вращающимися вокруг друг друга ( Видео : MPI).

Сотни сигналов менее чем за десятилетие

С 2015 года LIGO, а также итальянский детектор Virgo и японский детектор KAGRA зафиксировали более 300 гравитационных волн.

Всего несколько недель назад международная коллаборация LIGO/Virgo/KAGRA объявила о последних результатах своего четвертого наблюдения, которые более чем удвоили число известных гравитационных волн.

Спустя десять лет после первого открытия международное сотрудничество, включающее австралийских ученых из Центра по исследованию гравитационных волн Австралийского исследовательского совета (OzGrav), недавно объявило о новом сигнале гравитационных волн, GW250114.

Этот сигнал является почти идеальной копией первого сигнала гравитационной волны, закодированного как GW150914.

Наблюдаемая гравитационная волна GW250114 (LVK 2025). Данные наблюдений показаны светло-серым цветом. Плавная синяя кривая представляет собой наиболее точно подобранную теоретическую модель формы волны, которая демонстрирует превосходное соответствие наблюдаемому сигналу.

Столкновение чёрных дыр, в результате которого образовался объект GW250114, имеет очень схожие физические свойства с GW150914. Однако благодаря значительному усовершенствованию детекторов гравитационных волн за последнее десятилетие новый сигнал был виден гораздо более чётко (почти в четыре раза сильнее, чем у GW150914).

Интересно то, что это позволяет нам проверить идеи другого пионера физики — Стивена Хокинга.

Хокинг тоже был прав.

Более 50 лет назад физики Стивен Хокинг и Джейкоб Бекенштейн сформулировали ряд законов, описывающих черные дыры.

Второй закон Хокинга в механике чёрных дыр, также известный как теорема Хокинга о площадях, гласит, что площадь горизонта событий чёрной дыры должна всегда увеличиваться. Другими словами, чёрные дыры не могут коллапсировать.

Между тем, Бекенштейн показал, что площадь чёрной дыры напрямую связана с её энтропией (или беспорядком). Второй закон термодинамики гласит, что энтропия должна постоянно возрастать: Вселенная постоянно становится всё более неупорядоченной. Поскольку энтропия чёрной дыры также должна со временем возрастать, это означает, что её площадь также должна увеличиваться.

Как можно проверить эти идеи? Оказывается, столкновения чёрных дыр — идеальный инструмент. Точность нового измерения позволяет учёным провести самую точную на сегодняшний день проверку теоремы Хокинга о площадях.

Предыдущие эксперименты с использованием первого обнаружения, GW15091, предполагали, что сигнал соответствует закону Хокинга, но не смогли подтвердить это со всей уверенностью.

Чёрные дыры — удивительно простые объекты. Площадь горизонта чёрной дыры зависит от её массы и вращения — единственных параметров, необходимых для описания астрономической чёрной дыры. В свою очередь, масса и вращение определяют форму гравитационных волн.

Измерив по отдельности массу и спин входящей пары черных дыр и сравнив их с массой и спином конечной черной дыры, оставшейся после столкновения, ученые смогли сравнить площадь двух отдельных сталкивающихся черных дыр с площадью конечной черной дыры.

Данные демонстрируют превосходное соответствие с теоретическим прогнозом о том, что площадь должна увеличиться, что убедительно подтверждает закон Хокинга.

Будущие наблюдения за гравитационными волнами позволят нам проверить более экзотические научные теории и, возможно, даже исследовать природу недостающих компонентов Вселенной — темной материи и темной энергии.

Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm