Через 10 лет исследований чёрных дыр доказано, что Стивен Хокинг был прав

14 сентября 2015 года физики достигли долгожданной цели — зафиксировали гравитационные волны, выбрасываемые в результате таких катастрофических событий, как столкновение двух чёрных дыр.

Этот колоссальный прорыв быстро принёс Нобелевскую премию по физике трём ключевым участникам исследования. За последующие 10 лет учёные зарегистрировали сотни случаев слияния чёрных дыр, а также другие экстремальные космические явления — столкновения нейтронных звёзд и слияния чёрных дыр с нейтронными звёздами.

Теперь же, в журнале Physical Review Letters исследователи заявили, что их возможности анализа гравитационных волн настолько улучшились за прошедшее десятилетие, что им удалось подтвердить важную идею о росте чёрных дыр, выдвинутую Стивеном Хокингом ещё в 1971 году.

«В физике есть очень известное утверждение, которое вывел Стивен Хокинг: площадь, то есть поверхность, чёрных дыр никогда не может уменьшаться», — объясняет астрофизик Колумбийского университета и Института Флэтайрона Максимилиано Иси.

Именно это, по его словам, и наблюдали учёные после анализа гравитационных волн, зафиксированных в начале этого года. 14 января детекторы зарегистрировали гравитационные волны, исходившие от столкновения двух чёрных дыр примерно в 1,3 миллиарда световых лет от Земли.

Масса этих чёрных дыр составляла от 30 до 40 масс Солнца, поэтому их столкновение было очень похоже на то, которое впервые привело к обнаружению гравитационных волн в 2015 году. С тех пор пара гигантских детекторов LIGO — в Луизиане и штате Вашингтон — неоднократно модернизировалась.

«Поскольку сегодня детекторы намного лучше, мы можем записывать сигнал гораздо яснее», — говорит Катерина Хациуанну, физик, изучающая гравитационные волны в Калтехе.

Это позволило провести новый анализ, показавший, что до столкновения общая площадь поверхности обеих чёрных дыр составляла 240 000 квадратных километров (примерно как штат Орегон). После слияния в одну чёрную дыру её площадь достигла около 400 000 квадратных километров (приблизительно размером с Калифорнию).

«Теория Хокинга утверждает, что итоговая площадь поверхности чёрной дыры должна быть больше суммы площадей двух исходных чёрных дыр, — говорит Хациуанну. — И именно это мы подтвердили наблюдательно с помощью того сигнала».

Такое доказательство — именно то, на что Хокинг надеялся десять лет назад, когда было объявлено о первом обнаружении гравитационных волн. По словам Иси, тогда он связался с одним из учёных, участвовавших в том проекте, чтобы узнать, можно ли использовать гравитационные волны для проверки этого предсказания.

Однако тогда это было невозможно: в данных было слишком много шумов, а аналитические методы ещё не были достаточно развиты.

Хокинг умер в 2018 году. «Жаль, что Хокинга больше нет с нами, но, безусловно, именно так продолжает жить его наследие», — говорит Иси.

«Все эти идеи, которые люди выдвигали ещё в 70-х, считая их лишь праздными спекуляциями, теперь подтверждаются реальными данными», — добавляет Иси. — «Мы видим, что всё происходит почти точно так, как и было предсказано».

Альберт Эйнштейн, предсказавший существование гравитационных волн ещё в 1916 году, полагал, что их никогда не удастся обнаружить. «Если бы мы сказали ему, что фиксируем гравитационные волны от сталкивающихся чёрных дыр чуть ли не каждый день, или раз в два-три дня, — уверен, для него это было бы поразительно», — говорит Иси.

В целом исследователей удивило количество обнаруженных слияний чёрных дыр, отмечает специалист по гравитационным волнам Габриэла Гонсалес из Университета штата Луизиана.

«Мы наблюдали так много слияний чёрных дыр и узнали о них столько нового, что иногда мне хочется называть это “астрономией чёрных дыр”, а не “астрономией гравитационных волн”», — говорит она.

Она предполагала, что наблюдений слияний нейтронных звёзд будет гораздо больше, однако пока удалось зафиксировать лишь несколько таких событий.

Ситуация может измениться, поскольку исследователи уже разрабатывают планы новых, ещё более крупных детекторов гравитационных волн, которые будут в 10 раз чувствительнее нынешних. «Это наша мечта, — отмечает она, добавляя, что через десятилетие такие установки могут уже строиться — или даже быть завершёнными».

При условии, что учёные получат финансирование. Действующая обсерватория LIGO, финансируемая Национальным научным фондом США, может столкнуться с сокращением бюджета: администрация Трампа предлагает серьёзное урезание расходов в 2026 году.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.