|
Выявили признаки водоворота в пространстве-времени
|
|
|
|
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной, но они не всегда молчат. Когда две черные дыры находятся достаточно близко друг к другу, они по спирали приближаются друг к другу, в конечном итоге сталкиваясь в огромном взрыве и образуя одну, более крупную черную дыру.
|
|
|
|
В ходе этого процесса они испускают гравитационные волны — рябь в ткани пространства и времени, которая достигает нас здесь, на Земле. Эти волны распространяются до нас и изменяют расстояние между вашим носом и ухом, но на гораздо меньшую величину, чем один атом. Мы можем обнаружить их с помощью огромных, сложных детекторов гравитационных волн, таких как Лазерный интерферометр гравитационных волн (LIGO) в США.
|
|
|
|
Самое «громкое» событие слияния черных дыр, зафиксированное в истории, было обнаружено в прошлом году. Это катастрофическое столкновение, известное как GW250114, теперь позволило получить исключительно четкое изображение новообразованной черной дыры, включая едва заметные признаки, связанные с ее горизонтом событий.
|
|
|
|
Используя GW250114, мои коллеги и я расшифровали ранее скрытую часть сигнала, так называемую прямую волну, которая показывает, как вращающиеся черные дыры увлекают за собой само пространство-время во время вращения. Результаты нашего исследования опубликованы сегодня в журнале Nature.
|
|
|
|
|
|
|
Увлечение инерциальными системами отсчета
|
|
|
|
Гравитационные волны переносят информацию из области непосредственно за горизонтом событий новообразованной черной дыры. Это граница, за пределы которой ничто, даже свет, не может вырваться.
|
|
|
|
Согласно теории общей относительности Эйнштейна, в этой области происходят странные вещи. Теория предсказывает, что вращающаяся черная дыра не просто находится в пространстве. Вместо этого она производит «увлечение инерциальными системами отсчета» — эффект, при котором пространство-время вокруг черной дыры вращается вместе с ней.
|
|
|
|
Достаточно близко к горизонту ничто не может оставаться неподвижным. Это как водоворот: все, что дрейфует слишком близко, вынуждено вращаться вместе с водой. Вокруг вращающейся черной дыры увлекается не вода, а само пространство-время.
|
|
|
|
Прямая волна — это гравитационное излучение, исходящее непосредственно за горизонтом событий, где всё, что падает в чёрную дыру, испытывает эффект увлечения инерциальных систем отсчёта.
|
|
|
|
Горизонт событий чёрной дыры — это не физическая поверхность, как, например, поверхность планеты или звезды. Это граница в пространстве-времени. Но общая теория относительности предсказывает, что эта граница обладает измеримыми свойствами, включая скорость вращения и силу гравитации в этом месте.
|
|
|
|
Существование прямой волны предсказывается теорией, но до сих пор она никогда не была обнаружена. Эта волна позволяет нам изучать скорость вращения новой чёрной дыры, а также силу гравитации на горизонте событий.
|
|
|
|
GW250114 предоставил идеальный случай для поиска этого явления, поскольку оно было очень громким. Тем не менее, компонент прямой волны скрыт среди других волн, создаваемых двумя исходными чёрными дырами, вращающимися для столкновения. Поэтому в нашей работе были использованы новые методы для её обнаружения, тщательно отделяя эту особенность от более громких частей сигнала гравитационных волн.
|
|
|
|
Сигнал с границ наших знаний
|
|
|
|
Обнаружение прямой волны открывает новый источник информации о черных дырах и их горизонтах событий.
|
|
|
|
На протяжении десятилетий горизонт событий занимал центральное место в теоретической физике, но получить прямую информацию вблизи горизонта было сложно. Нам трудно наблюдать свет, который приближается к черной дыре так близко, поэтому гравитационные волны — наш единственный путь. И именно прямые волны — это та часть сигнала, которая приближает нас к горизонту.
|
|
|
|
Наша работа также открывает путь к будущим проверкам теории общей относительности Эйнштейна. Если теория Эйнштейна верна, то прямые волны, вращение горизонта и поверхностная гравитация должны точно совпадать.
|
|
|
|
Черные дыры находятся на границе того, что мы сейчас понимаем. У нас есть две основные теории физики: общая теория относительности, которая описывает крупномасштабную гравитацию и пространство-время, и квантовая механика, которая описывает материю и энергию на самых малых масштабах.
|
|
|
|
Обе теории чрезвычайно успешны, они лежат в основе таких технологий, как GPS, полупроводники, лазеры и развивающиеся квантовые компьютеры. Однако на фундаментальном уровне они не полностью совпадают.
|
|
|
|
Черные дыры — одно из мест, где это противоречие может стать очевидным. Вблизи горизонта событий гравитация достигает экстремальных значений, и вопросы о пространстве-времени, информации и квантовой физике неизбежны. Изучая черные дыры с гравитационными волнами, ученые могут обнаружить трещины в наших нынешних теориях и подсказки к более глубокой теории.
|
|
|
|
Источник
|
