На волне исторического объявления про открытие гравитационных волн лазерным интерферометром гравитационно-волновой обсерватории (ЛИГО), сделанного на прошлой неделе, британский физик и теоретик черных дыр Стивен Хокинг с радостью поздравил возглавляемое США сотрудничество и разделил их волнение насчет важности этого исторического момента.
«Эти результаты подтверждают несколько очень важных предсказаний общей теории относительности Эйнштейна», - сказал Хокинг в интервью ВВС. «Это напрямую подтверждает существование гравитационных волн».
Как становится ясно, прямое обнаружение этих пульсаций в пространстве-времени подтверждает известную общую теорию относительности Эйнштейна. Но также они открывают нам глаза на ранее неведомую «темную» Вселенную. Астрономия использует электромагнитный спектр (например, видимого света, рентгеновских лучей, инфракрасный) для изучения Вселенной. Но объекты, которые не излучают в электромагнитном спектре, остаются незамеченными. Теперь же мы знаем, как обнаружить гравитационные волны и не может быть сдвига парадигм в том, как мы определяем и изучаем некоторые из наиболее энергичных космических явлений.
«Гравитационные волны обеспечивают совершенно новый способ осмотра Вселенной, - сказал Хокинг. – Способность к их обнаружению имеет огромный потенциал для революции в астрономии».
С помощью двух наблюдательных станций ЛИГО, расположенных в Луизиане и Вашингтоне, физики не только нашли гравитационные волны. Через эти гравитационные волны они отыскали более четкий сигнал, которые очень близко соответствует теоретической модели слияния черных дыр, произошедшего около 1.3 миллиарда световых лет назад от Земли. Уже из предварительного анализа образовавшегося сигнала черного отверстия, Хокинг осознал, что система кажется подобной к той теории, которую он разработал в 1970-х годах.
«Это открытие является первым обнаружением двойственной системы черной дыры и первое наблюдение сливания черных дыр, - сказал он. – Наблюдаемые свойства этой системы соответствуют предсказаниям о черных дырах, которые я сделал здесь в Кембридже в 1970 году».
Хокинг, пожалуй, наиболее известный своей работой по слиянию квантовой теории с физикой черных дыр, понимает, что черные дыры испаряются в течение долгого времени. Это втягивает его в участие в увлекательном «Брандмауэрском парадоксе», который продолжает грохотать по всему сообществу физиков-теоретиков. Но здесь он обращается к своей теореме черных площадей отверстий, которая легла в основу «второго закона» механики черных отверстий. Этот закон гласит, что энтропия, или уровень дезорганизации информации, не может с течением времени уменьшаться в системе черной дыры. Следствием этой теоремы является то, что и послужило слиянием двух черных дыр 14 сентября, а именно – объединенная площадь окончательного объекта «больше, чем сумма площадей начальных черных дыр». Кроме того, Хокинг отмечает, что эта гравитационная волна отвечает предсказанию на основе «теоремы об отсутствии волос» черных дыр. А это означает, что черную дыру можно описать массой, электрическим зарядом и угловым моментом.
Детали, касающиеся того, как этот сигнал первой гравитационной волны из черной дыры, согласуются с теорией и носят комплексный характер. Но интересно то, что первое обнаружение уже позволило физикам подтвердить многолетнюю теорию, которая до сих пор являла собою лишь не основанные на фактах наблюдения.
«Это открытие также представляет загадку для астрофизиков, - сказал Хокинг. – «Масса каждой из черных дыр больше, чем ожидалось для тех объектов, которые формируются за счет гравитационного коллапса звезды. Так каким же образом обе эти черные дыры оказались настолько массивными?».
Этот вопрос затрагивает одну из самых больших тайн, окружающих эволюцию черной дыры. В настоящее время астрономы с трудом пытаются понять, как черные дыры могут вырасти и стать такими массивными. На одном конце шкалы есть «звездная масса» черной дыры, которая формируется, как только массивная звезда становится сверхновой, и мы также имеем обилие доказательств существования сверхмассивных гигантов, которые живут в центрах большинства галактик. Однако существует нестыковка.
Если черные дыры растут путем слияния и потребляют звездное вещество, то это должно быть доказательством наличия черных дыр всех размеров. Но «промежуточная масса» черной дыры и черные дыры размером в несколько десятков солнечных масс поражают нас редко, и они ставят теорию эволюции черных дыр под сомнение.
14 сентября мы уловили сигнал слияния двух черных дыр, размером 29 и 36 солнечных масс. Но, как указал Хокинг, то, как эти дыры смогли слиться в одну, дает нам подсказки для исследования процесса роста черных дыр.
Ясно одно: это первый случай, когда мы приобрели прямые доказательства слияния черных дыр, а это ключевой механизм, лежащий в основе эволюции теории черных дыр. А значит, мы на правильном пути.
