Мы впервые наблюдаем, как теория 50-летней давности от Стивена Хокинга воплощается в жизнь! Ученые из Массачусетского технологического института (MIT), Калифорнийского технологического института, Корнельского университета и Университета Стони Брук проанализировали данные о гравитационных волнах двух движущихся по спирали черных дыр. То, что они обнаружили при столкновении, подтвердило теорему Хокинга о площади: площадь горизонта событий черной дыры не может уменьшаться.
Когда двойная система черных дыр движется по спирали, орбиты двух черных дыр сжимаются, и система начинает излучать гравитационные волны. Скорость излучения увеличивается по мере того, как орбиты сжимаются и набирают скорость, и когда, наконец, происходит слияние, излучение волн достигает пика. Две черные дыры становятся единой новой черной дырой, и, согласно теореме Хокинга, эта новая черная дыра должна быть равна общей площади двух исходных черных дыр. Это именно то, что исследователи обнаружили на основе волновых данных наблюдаемой системы.
По расчетам Хокинга, если черная дыра изменится по площади, ее горизонт событий будет расширяться или сужаться в соответствии с ее новым размером. Горизонт событий, область действия гравитационного поля черной дыры, является точкой невозврата для чего-либо, включая свет, вращающегося вокруг черной дыры. Чтобы убежать, объект должен двигаться быстрее скорости света.
Ученые говорят, что теорема Хокинга верна для черных дыр, наблюдаемых лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн (LIGO) — парой американских установок, построенных для изучения гравитационных волн — результаты работы которых эти исследователи использовали для своих выводов. Но теорема Хокинга может применяться и к другим черным дырам, которые сначала кажутся противоречащими теореме, пока они не окажутся применимыми к другой концепции, выдвинутой физиками.
LIGO обнаружила первый сигнал гравитационной волны используемые в этом исследовании — по сути, рябь в пространстве-времени в результате космических взаимодействий — в 2015 году. Они обнаружили, что сигнал был продуктом двух сливающихся черных дыр (которые обычно вызывают более сильные гравитационные волны), вместе с огромным количеством энергии, циркулирующей по пространственно-временному континууму.
Исследователи утверждали, что, если теорема Хокинга останется в силе, площадь горизонта событий новой черной дыры, созданной в результате слияния, не будет меньше, чем общая площадь горизонта событий ее родительских черных дыр. Чтобы проверить свою гипотезу, они разделили данные о гравитационных волнах из системы на две группы — до слияния и после слияния — затем проанализировали оба раздела, чтобы увидеть, как сравниваются их области горизонта событий. Затем ученые повторно проанализировали волновые данные и обнаружили, что эти две области статистически одинаковы — общая площадь горизонта событий не уменьшилась после столкновения.
Таким образом, из анализа может показаться, что законы "обычной" физики, такие как закон сохранения массы, все еще могут быть применены к изучению черных дыр, где физика может стать более теоретической в ситуациях, незнакомых на Земле. Наблюдение реальных данных для выяснения законов, которые могут управлять поведением черной дыры, могло бы стать практическим способом продвижения всей области космологии. Благодаря этому слиянию черных дыр у других ученых теперь есть конкретный пример, на который они могут ссылаться, продолжая изучать космос.
