Відкриття відкриває нову еру в астрономії

(Ден Трі) - Десять років тому вчені вперше почули звук Всесвіту. Це відкриття довело важливе передбачення Ейнштейна та відкрило нову еру астрономії.

Ліворуч: фізик Альберт Ейнштейн, праворуч: пан Карл Нокс – спеціаліст з креативних технологій та наукової візуалізації, Технологічний університет Свінберна, Австралія.

Це було перше відкриття гравітаційних хвиль. Воно довело ключове передбачення загальної теорії відносності Ейнштейна. Тепер нове відкриття гравітаційних хвиль підтвердило теорію Стівена Гокінга – ще одного «гіганта» в галузі астрономії.

Що таке гравітаційні хвилі?

Гравітаційні хвилі – це «брижі» в тканині простору-часу, що поширюються зі швидкістю світла. Вони створюються масивними об'єктами, які надзвичайно швидко прискорюються, такими як зіткнення чорних дір або злиття масивних зоряних залишків, які називаються нейтронними зірками.

Ці брижі, що поширюються Всесвітом, вперше були безпосередньо спостережені 14 вересня 2015 року двома детекторами Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) у США.

Цей перший сигнал, названий GW150914, виник внаслідок зіткнення двох чорних дір, кожна з яких має масу понад 30 разів більшу за масу Сонця та знаходиться на відстані понад мільярда світлових років від Землі.

Це було перше пряме свідчення існування гравітаційних хвиль, як це було передбачено теорією відносності Ейнштейна 100 років тому. За це відкриття троє вчених Райнер Вайс, Баррі Баріш та Кіп Торн були удостоєні Нобелівської премії з фізики 2017 року.

Моделювання показує гравітаційні хвилі, створені двома чорними дірами, що обертаються одна навколо одної ( Відео : MPI).

Сотні сигналів менш ніж за десятиліття

З 2015 року LIGO, а також італійський детектор Virgo та японський KAGRA спостерігали понад 300 гравітаційних хвиль.

Лише кілька тижнів тому міжнародна колаборація LIGO/Virgo/KAGRA оголосила про останні результати свого четвертого спостереження, які більш ніж удвічі перевищили кількість відомих гравітаційних хвиль.

Через десять років після першого відкриття, міжнародна колаборація, до складу якої входять австралійські вчені з Центру дослідження гравітаційних хвиль (OzGrav) Австралійської дослідницької ради, нещодавно оголосила про новий сигнал гравітаційної хвилі GW250114.

Цей сигнал є майже ідеальною копією першого сигналу гравітаційної хвилі, закодованого GW150914.

Спостережувана гравітаційна хвиля GW250114 (LVK 2025). Дані спостережень показані світло-сірим кольором. Плавна синя крива представляє найкраще наближену теоретичну модель форми хвилі, яка демонструє чудову відповідність зі спостережуваним сигналом.

Зіткнення чорної діри, яке призвело до появи GW250114, має дуже схожі фізичні властивості з GW150914. Однак, завдяки значним удосконаленням детекторів гравітаційних хвиль протягом останнього десятиліття, новий сигнал був помітний набагато чіткіше (майже в чотири рази сильніший, ніж GW150914).

Цікаво те, що це дозволяє нам перевірити ідеї іншого фізика-новатора. Це Стівен Гокінг.

Гокінг також мав рацію.

Понад 50 років тому фізики Стівен Гокінг та Джейкоб Бекенштейн сформулювали низку законів, що описують чорні діри.

Другий закон механіки чорних дір Гокінга, також відомий як теорема Гокінга про площу, стверджує, що площа горизонту подій чорної діри повинна завжди збільшуватися. Іншими словами, чорні діри не можуть колапсувати.

Тим часом Бекенштейн показав, що площа чорної діри безпосередньо пов'язана з її ентропією (або невпорядкованістю). Другий закон термодинаміки говорить нам, що ентропія повинна завжди зростати: Всесвіт завжди стає більш невпорядкованим. Оскільки ентропія чорної діри також повинна зростати з часом, це говорить нам про те, що її площа також повинна збільшуватися.

Як ми можемо перевірити ці ідеї? Виявляється, що зіткнення між чорними дірами є ідеальним інструментом. Точність нового вимірювання дозволяє вченим виконати найточнішу на сьогодні перевірку теореми Гокінга про площу.

Попередні експерименти з використанням першого виявлення, GW15091, показали, що сигнал відповідає закону Хокінга, але не змогли підтвердити це з упевненістю.

Чорні діри – це напрочуд прості об'єкти. Площа горизонту чорної діри залежить від її маси та обертання – єдиних параметрів, необхідних для опису астрономічної чорної діри. У свою чергу, маса та обертання визначають форму гравітаційних хвиль.

Окремо вимірявши маси та обертання пари чорних дір, що влітають, та порівнявши їх з масою та обертанням остаточної чорної діри, що залишилася після зіткнення, вчені змогли порівняти площу двох окремих чорних дір, що зіткнулися, з площею остаточної чорної діри.

Дані демонструють чудову відповідність з теоретичним прогнозом про те, що площа повинна збільшуватися, що переконливо підтверджує закон Гокінга.

Майбутні спостереження гравітаційних хвиль дозволять нам перевірити більш екзотичні наукові теорії, і, можливо, навіть дослідити природу відсутніх компонентів Всесвіту, темної матерії та темної енергії.

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