Самое яркое из когда—либо зарегистрированных столкновений с черными дырами подтвердило теорию Эйнштейна, но в то же время вселило надежду на то, что следующее столкновение может переписать законы всемирного тяготения. Фото: Shutterstock
Для ученых, которые отслеживают слабую рябь, распространяющуюся по космосу, модель GW250114 стоит особняком. Это самый четкий гравитационный волновой сигнал, когда-либо зарегистрированный от пары сливающихся черных дыр, что дает исследователям необычайно точный инструмент для проверки теории тяготения Альберта Эйнштейна, называемой общей теорией относительности.
«Что удивительно, так это то, что это событие практически идентично первому, которое мы наблюдали 10 лет назад, GW150914. Причина, по которой это стало намного яснее, заключается исключительно в том, что наши детекторы стали намного точнее за последние 10 лет», — сказал физик из Корнелла Киф Митман, аспирант НАСА «Хаббл» в Корнеллском центре астрофизики и планетологии при Колледже искусств и наук.
Глобальные усилия по изучению столкновений черных дыр
Митман является соавтором исследования, посвященного изучению этого сигнала, под названием «Спектроскопия черных дыр и проверка общей теории относительности с помощью GW250114», которое было опубликовано в журнале Physical Review Letters 29 января. Статья была подготовлена научным сотрудничеством LIGO совместно с Virgo в Италии и KAGRA в Германии. Япония. Ученые Корнелльского университета играли важную роль в проекте LIGO-VIRGO-KAGRA с начала 1990-х годов.
Гравитационная волна, известная как GW250114, возникла в результате столкновения двух черных дыр, вызвав рябь в пространстве-времени. Этот сигнал достиг базирующихся в США лазерных интерферометрических гравитационно-волновых обсерваторий (LIGO) 14 января 2025 года. Каждая гравитационная волна названа в честь даты, когда она была обнаружена, и команда LIGO-VIRGO-KAGRA публично объявила об этом в сентябре 2025 года. Согласно анализу, проведенному Митманом и его коллегами, сигнал ведет себя точно так, как предсказывает общая теория относительности. В то же время исследователи полагают, что не каждое слияние черных дыр будет настолько точно соответствовать правилам Эйнштейна, что может открыть новые двери в фундаментальной физике.
Как черные дыры раскрывают свои секреты
Когда две черные дыры сливаются, вновь образовавшийся объект вибрирует, подобно удару в колокол. Эти колебания издают отчетливые звуки, определяемые двумя измерениями, объяснил Митман: частотой колебаний и временем затухания. Измерение одного тона позволяет ученым рассчитать массу и вращение последней черной дыры. Обнаружение двух или более тонов позволяет выполнить множество независимых проверок одних и тех же свойств, как это предсказывает общая теория относительности.
«Если эти два измерения согласуются друг с другом, вы эффективно подтверждаете общую теорию относительности», — сказал Митман. «Но если вы измеряете два тона, которые не совпадают по массе и вращению, вы можете начать исследовать, насколько сильно вы отклонились от предсказаний общей теории относительности».
В случае с GW250114 сигнал был достаточно четким, чтобы ученые смогли измерить два тона и ограничить третий. Все эти результаты соответствовали теории Эйнштейна.
В поисках трещин в теории Эйнштейна
Что, если бы результаты измерений не совпали?
«Тогда нам, физикам, пришлось бы проделать большую работу, чтобы попытаться объяснить, что происходит и какой должна быть истинная теория гравитации в нашей Вселенной», — сказал Митман. Он и его коллеги полагают, что, возможно, будущие гравитационные волновые сигналы не будут полностью соответствовать общей теории относительности, что даст ключ к разгадке давних тайн.
Физики уже подозревают, что общая теория относительности не может быть последним словом в области гравитации. Как отметил Митман, теория не объясняет такие явления, как темная энергия и темная материя, и она терпит неудачу, когда ученые пытаются согласовать ее с законами, управляющими квантовым миром.
«Должен быть какой-то способ разрешить этот парадокс, чтобы привести нашу теорию гравитации в соответствие с нашей теорией квантовой механики», — сказал Митман. «Исходя из этого, мы ожидаем, что произойдет некоторое отклонение от классического предсказания Эйнштейна, когда вы можете увидеть признаки квантовой гравитации, накладывающие отпечаток на эти сигналы гравитационных волн.
«Есть надежда, что однажды мы увидим эти отклонения, и это поможет нам понять, какой может быть истинная теория квантовой гравитации».