Учёные обнаружили первое свидетельство существования горизонта событий чёрной дыры
Все знают главное правило чёрной дыры: из неё ничего не может вырваться наружу. И всё же гравитационная волна, прокатившаяся по Вселенной после столкновения двух массивных чёрных дыр, похоже, подошла к этой границе вплотную. Учёные впервые зафиксировали сигнал, который может нести информацию о самом горизонте событий той самой точке невозврата, за которую не вырывается даже свет. Это важный шаг к ответу на вопрос, что находится внутри чёрной дыры. Результат предварительный, но если он подтвердится, это будет ближайшее приближение к краю чёрной дыры, какого человечество когда-либо достигало.
Важно сразу разобраться с понятиями. Горизонт событий это не сама чёрная дыра, а граница, отделяющая видимую Вселенную от области, откуда уже нет возврата. За этой чертой гравитация настолько сильна, что даже свет в вакууме не может развить нужную скорость, чтобы вырваться.
Именно поэтому горизонт событий невозможно наблюдать напрямую. Он не излучает, не отражает и не рассеивает свет, а всё, что пересекает его, больше не может послать нам ни единого фотона. До сих пор всё, что мы знали о горизонтах, было получено косвенно по тому, как они влияют на пространство вокруг себя. Хотя однажды астрономам удалось уловить свет за чёрной дырой именно за счёт искривления пространства.
Если свет здесь бессилен, на помощь приходит другой канал информации. Гравитационные волны это рябь самого пространства-времени, которая возникает, когда массивные объекты вроде чёрных дыр сталкиваются и сливаются. Эту рябь мы умеем ловить детекторами на Земле.
Как объясняет физик-теоретик Сижэн Ма из Института Периметра в Канаде, горизонт нельзя увидеть в свете, но гравитационные волны дают другой путь. Когда две чёрные дыры вращаются вокруг друг друга и сливаются, этот бурный процесс возмущает само пространство-время в области у самого горизонта новорождённой чёрной дыры. Часть этих колебаний уходит наружу в виде волн и в итоге доходит до наших приборов.
Схема излучения гравитационных волн на стадии слияния черных дыр
Сам сигнал устроен непросто. Сначала идёт финальное сближение двух дыр перед столкновением, а потом новорождённая чёрная дыра звенит, как колокол этот этап называют фазой затухания. Колебания этого звона зависят от массы и вращения чёрной дыры, и именно по ним учёные обычно вычисляют её свойства.
Здесь есть тонкость. Обычные колебания звона связаны прежде всего со световым кольцом снаружи горизонта, а не с самим горизонтом. Поэтому теоретики предложили более прямой инструмент так называемую прямую волну, вплетённую в общий сигнал затухания.
Идея такая: когда слияние завершается, движение перестаёт управляться двумя чёрными дырами и начинает определяться единым новым объектом. Его экстремальная гравитация буквально увлекает за собой пространство-время при вращении, гасит и смещает уходящие сигналы по частоте, и наружу выходит одна волна, колеблющаяся почти с удвоенной частотой вращения горизонта.
Визуализация фазы затухания GW250114 необычайно мощного гравитационно-волнового события
Ма описывает это образно: всё, что приближается к горизонту вращающейся чёрной дыры, затягивается в стремительное движение вокруг неё, но сигнал быстро гаснет из-за мощной гравитации. В итоге мы видим финальный, быстрый и стремительно тускнеющий вихрь у самого горизонта.
Трудно переоценить, насколько слабы гравитационные сигналы. К моменту прихода на Землю они растягивают и сжимают пространство меньше, чем на ширину атомного ядра. Уловить в этом дрожании ещё и тонкую прямую волну задача почти невозможная.
Именно поэтому учёным понадобилось необычно мощное событие. Им стало GW250114 самый чистый гравитационный сигнал на сегодняшний день. Сначала исследователи не спешили с выводами: расчёты выглядели убедительно, но в таких сложных данных легко принять помеху за настоящий сигнал.
По словам Сижэна Ма, первая реакция была смешанной, но после предварительных проверок данные повели себя на удивление хорошо ровно так, как предсказывала теория. Событие оказалось громким и чистым, а эволюция сигнала совпала с ожидаемой подписью прямой волны. Тогда настроение и сменилось с возможно, это интересно на ого, кажется, это по-настоящему.
Стоит честно сказать: результат пока требует дополнительной проверки на других гравитационных сигналах, а сама теория будет дорабатываться теперь, когда у учёных появился наблюдательный ориентир. Это не финальное доказательство, а сильный первый шаг.
Но если открытие подтвердится, оно даёт принципиально новый способ изучать чёрные дыры. Прямую волну можно проанализировать, чтобы измерить скорость вращения горизонта событий и то, как быстро гравитация съедает информацию у его края. Долгое время горизонты прекрасно описывала общая теория относительности, но проверить её у самой границы было почти нечем.
Следи за нами в Max будь в
курсе новых открытий по максимуму.
Теперь у физиков появляется путь к более прямому изучению области у горизонта. С новыми событиями и более чувствительными детекторами это может позволить точнее проверять общую теорию относительности и глубже понять физику чёрных дыр. Эти объекты долго приходилось изучать только по косвенным признакам, поэтому вокруг них появлялись и смелые гипотезы например, о том, что чёрные дыры могут отражать эхо гравитационных волн или что тунгусское событие произошло не из-за метеорита, а из-за крошечной чёрной дыры.
Главное в этой работе не сенсация, а смена самого подхода. Раньше мы могли судить о чёрных дырах лишь по их следам в окружающем пространстве. Теперь, прислушиваясь к последним мгновениям слияния, учёные впервые ищут отпечаток той самой границы, которая казалась навсегда закрытой для наблюдений. Результаты опубликованы в журнале Nature, и следующие столкновения покажут, насколько надёжен этот первый сигнал из-за края.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверхмассивные черные дыры при столкновении друг с другом ведут себя странно
Осенью 2017 года наши знания о Вселенной изменились навсегда. И хотя существо
Таинственные сигналы, улавливаемые новым детектором гравитационных волн порождают множество вопросов
100 лет назад Альберт Эйнштейн впервые предположил, что на просторах Вселенной существует так называемая рябь рябь пространства-времени или г
Понимание гравитационных волн может дать нам что-то большее, чем просто сами эти волны.
Когда кто-то говорит что-то про гравитационные волны, многим остается только недоумевать и не понимать, что это вообще такое. Если вы этого не
Благодаря работе лабораторий LIGO VIRGO ученым удалось обнаружить гравитационные волны
Исследователи из проекта LIGO продемонстрировали, как сверхтонкая настройка приборов позволяет им раздвигать границы фундаментальных законов физики. Лазерн
