Физики только что впервые наблюдательно подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга о площади предсказывала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться. Благодаря гравитационным волнам, излучаемым при столкновении черных дыр, физики смогли наблюдательно подтвердить это, опубликовав свои выводы в журнале Physical Review Letters.
Так называемый второй закон механики черных дыр гласит, что площадь горизонта событий черной дыры со временем всегда увеличивается. Горизонт событий — это последняя пропасть, откуда что-то может вырваться из гравитационного притяжения черной дыры. Как только пересекаешь этот порог, даже свет не может из него вырваться.
Этот закон, сформулированный Хокингом в 1971 году, сродни второму закону термодинамики, который гласит, что энтропия всегда увеличивается в изолированной системе. И на самом деле, энтропия черной дыры связана с ее площадью.
Проверить теорему о площади черной дыры далеко не просто, но исследователи пришли к выводу, что потенциально они могут использовать информацию, полученную при слиянии черных дыр. При этих событиях испускается огромное количество гравитационных волн, которые, попадая на Землю, передаются в виде колебаний размером с долю атома.
Из этих колебаний можно (благодаря большой теоретической работе) извлечь информацию о массе и вращении черной дыры — двух параметрах, связанных с площадью черной дыры. Команда изучила первое в истории обнаруженное гравитационно-волновое событие GW150914 и оценила площадь двух столкнувшихся черных дыр и площадь конечной образовавшейся черной дыры, и с 95-процентной уверенностью подтвердила, что площадь увеличилась.
«Полученные данные с подавляющей уверенностью показывают, что площадь горизонта увеличилась после слияния, и что закон площади с очень высокой вероятностью выполняется», — сказал в своем заявлении ведущий автор Максимилиано Иси, постдокторант НАСА в Институте астрофизики и космических исследований МТИ. «Было приятно, что наш результат действительно согласуется с парадигмой, которую мы ожидали, и подтверждает наше понимание этих сложных слияний черных дыр».
Команда планирует проверить теорему о зоне и другие законы и теории, связанные с механикой черных дыр, с помощью данных, собранных тремя гравитационными обсерваториями по всему миру, двумя детекторами LIGO в США и Virgo в Италии. Это может дать понимание общей теории относительности Эйнштейна, а также намекнуть на то, что лежит за пределами наших современных физических теорий.
«Не исключено, что существует целый зоопарк различных компактных объектов, и если одни из них являются черными дырами, которые следуют законам Эйнштейна и Хокинга, то другие могут быть немного другими зверятами», — объяснил Иси. «Так что это не похоже на то, что мы проводим этот тест один раз, и на этом все заканчивается. Мы сделали это один раз, и это только начало».