Ученые только что подтвердили теорему 50-летней давности о черных дырах, придуманную не кем иным, как Стивеном Хокингом. Концепция астрофизики, кодифицированная как «Теорема площади Хокинга» в 1971 году, гласит, что горизонт событий черной дыры (граница, за которой ничто не может сбежать - даже вы) никогда не может сократиться.
Согласно теореме, объекту необходимо двигаться быстрее скорости света, чтобы избежать черной дыры, а это означает, что горизонт событий является точкой невозврата практически для каждого объекта, который вы можете вообразить. Согласно расчетам Хокинга, если черная дыра изменится в размере, то она «растянет» или сузит горизонт событий вместе со своим новым размером.
До сих пор ученые доказывали теорему Хокинга о площади черных дыр только с помощью математики. Впервые исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Калифорнийского технологического института, Корнельского университета и Университета Стоуни-Брук подтвердили это наблюдательным путем, изучив две черные дыры, спиралевидно уходящие друг в друга и создающие совершенно новую черную дыру. Они опубликовали свои выводы в начале этого месяца в журнале Physical Review Letters.
В ходе исследования ученые внимательно изучили GW150914, первый сигнал гравитационной волны, обнаруженный гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром (LIGO) в 2015 году. LIGO - это национальный центр с двумя объектами (один в Хэнфорде, Вашингтон, а другой в Ливингстоне, штат Луизиана), созданный для обнаружения космических гравитационных волн.
Они обнаружили, что сигнал был продуктом двух сливающихся черных дыр, а также огромного количества энергии, циркулирующей по пространственно-временному континууму. Идея в их статье проста: они постулировали, что если теорема Хокинга верна, то область горизонта событий новой черной дыры, созданной в результате слияния, не должна быть меньше, чем общая площадь горизонта событий ее родительских черных дыр.
Чтобы доказать это, они разделили данные о гравитационных волнах на разделы «до» и «после», а затем статистически проанализировали оба раздела, чтобы увидеть, как сравниваются их области горизонта событий. Они обнаружили, что эти две области статистически одинаковы в пределах 95% достоверности.
«Данные показывают с огромной уверенностью, что площадь горизонта увеличилась после слияния, и что закон площадей выполняется с очень высокой вероятностью», - Максимилиано Иси, ведущий автор статьи. «Было облегчением, что наш результат действительно соответствует парадигме, которую мы ожидаем, и действительно подтверждает наше понимание этих сложных слияний черных дыр».
Этот анализ не просто показывает пример теоремы Хокинга, лежащей в основе одного из центральных законов, влияющих на черные дыры; он показывает, как анализ моделей гравитационных волн может подтвердить статистические данные. Также очевидно, что технология измерения гравитационных волн будет продолжать совершенствоваться, а это означает, что в будущем для ученых появятся еще более совершенные наборы данных.
Почему эта теорема так важна для изучения черных дыр? Что ж, это в некотором роде параллель с законами «обычной» физики, такими как закон сохранения массы. Возможность наблюдать данные из реальной жизни, которые могут подтвердить основные законы, регулирующие поведение черной дыры, может только продвинуть вперед всю область, давая космологам конкретные примеры, на которые они могут указать, продолжая изучать эти неуловимые и мощные явления.