Для тех, кто наблюдает за гравитационными волнами, приходящими из глубин космоса, GW250114 стало выдающимся событием. Это самый четкий на сегодня сигнал от слияния двух черных дыр, и он дал уникальную возможность проверить теорию гравитации Альберта Эйнштейна — общую теорию относительности (ОТО).
«Потрясающе, что это событие практически идентично первому, которое мы зафиксировали 10 лет назад, GW150914. Причина, по которой сигнал теперь намного четче, — исключительно в том, что наши детекторы стали гораздо точнее за прошедшее десятилетие», — говорит физик Киф Митман из Корнеллского университета.
Сотрудник нескольких колабораций, в том числе LVK, LISA и SXS, он стал одним из множества соавторов анализа этой волны под заголовком «Спектроскопия черных дыр и проверка общей теории относительности с помощью GW250114», напечатанного в журнале Physical Review Letters.
Знаковое обнаружение гравитационной волны
Гравитационная волна GW250114 — рябь пространства-времени, вызванная столкновением двух черных дыр, — достигла американской обсерватории LIGO 14 января 2025 года. Каждая волна нумеруется по дате обнаружения, и коллаборация LIGO-VIRGO-KAGRA объявила об этом событии в сентябре 2025 года. В своем анализе Митман и его коллеги пришли к выводу, что сигнал соответствует предсказаниям ОТО. При этом они, как и другие теоретики, полагают, что не все столкновения черных дыр будут ей подчиняться, что открывает возможность исследовать фундаментальные основы мироздания.
Когда две черные дыры сливаются, столкновение «звучит», как удар в колокол, порождая специфические тона, характеризующиеся двумя параметрами, объясняет Митман: частотой колебаний и временем затухания. Если измерить один такой тон, можно вычислить массу и спин образовавшейся черной дыры. Однако если измерить два или более тонов — что позволяет сделать такой четкий сигнал, как GW250114, — то, согласно ОТО, каждый из них по сути дает независимую оценку массы и спина.
«Если эти две оценки совпадают друг с другом, мы тем самым проверяем общую теорию относительности. Но если мы измерим два тона, которые не соответствуют одной и той же комбинации массы и спина, это позволит понять, насколько реальность отличается от предсказаний ОТО», — уточняет ученый.
Испытание теории Эйнштейна по тонам
Сигнал GW250114 был настолько четким, что исследователи смогли измерить два тона и получить ограничения для третьего. Все они согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна. А могли и не совпасть, допускает Митман.
«Тогда нам, физикам, пришлось бы изрядно потрудиться, чтобы попытаться объяснить, что происходит и какой на самом деле должна быть теория гравитации в нашей Вселенной», — признает исследователь.
Он и его коллеги полагают, что в будущем могут быть обнаружены гравитационные волны, не укладывающиеся в рамки ОТО Эйнштейна, что прольет свет на нерешенные вопросы.
В поисках следов квантовой гравитации
Физики подозревают, что теория относительности Эйнштейна в какой-то момент окажется неверна, поскольку она не объясняет множество гравитационных явлений во Вселенной, таких как темная энергия и темная материя, добавляет Митман. Кроме того, ОТО перестает работать, когда физики пытаются согласовать ее с законами, описывающими квантовую область.
«Должен существовать какой-то способ разрешить этот парадокс, чтобы наша теория гравитации стала совместима с нашей теорией квантовой механики. В связи с этим мы ожидаем, что могут появиться отклонения от классических предсказаний Эйнштейна, и мы, возможно, увидим "отпечатки" квантовой гравитации на этих гравитационно-волновых сигналах. Мы надеемся, что однажды обнаружим эти отклонения, и это поможет приблизиться к пониманию, какой может быть истинная теория квантовой гравитации», — заключил физик.
LIGO обнаружила самое массивное столкновение черных дыр из когда-либо наблюдавшихся
Гравитационные волны наконец подтвердили теорию Стивена Хокинга о черных дырах
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram