Най-гръмкият сблъсък на черни дупки в историята потвърди теорията на Стивън Хокинг

Учени от съвместния проект LIGO-Virgo-KAGRA съобщиха, че са засекли най-силния сигнал в историята на своите наблюдения. Събитието е обозначено с номер GW250114 и то потвърждава хипотезите на Рой Кер и Стивън Хокинг.

Сигналът GW250114 е причинен от сливането на две черни дупки, с приблизително 34 и 32 слънчеви маси, на разстояние от около 1,3 милиарда светлинни години. Сливането е довело до нова черна дупка с маса от около 63 слънчеви маси, въртяща се с около 100 оборота в секунда. „GW250114 е най-силното гравитационно вълново събитие, което сме засекли досега; беше като шепот, превръщащ се в писък. Това ни даде безпрецедентна възможност да подложим теориите на Айнщайн на възможно най-строгите тестове, потвърждавайки едно от предсказанията на Стивън Хокинг, че когато черните дупки се сливат, комбинираната площ на техните хоризонти на събитията може само да расте, а не да се свива“ — каза Герайнт Пратен, член на изследователския екип.

Уникалността на GW250114 е в изключителната му чистота на сигнала, което ни позволи да тестваме две класически теории.

Първо, това е предсказанието на Хокинг за хоризонта на събитията — външната граница на черната дупка. Това е точката, в която гравитационното привличане на черната дупка става толкова силно, че дори светлината вече не може да се движи достатъчно бързо, за да се измъкне от хватката ѝ. Тъй като гравитацията е свързана с масата, размерът на хоризонта на събитията, или радиусът на Шварцшилд, зависи от масата на черната дупка: колкото по-голяма е масата, толкова по-широк е хоризонтът на събитията.

През 1971 г. Хокинг и израелският физик Якоб Бекенщайн предсказаха, че площта на хоризонта на събитията на нова черна дупка е по-голяма от площта на първоначалните черни дупки взети заедно. Учените предположиха, че площта на новия хоризонт на събитията е пропорционална на ентропията на черната дупка или на мярката за нейния хаос. Изследване на сигнала GW250114 показва, че комбинираната повърхност на черните дупки-прародители е 240 000 km²; повърхността на дъщерната черна дупка, образувана в резултат на тяхното сливане, се увеличила до 400 000 km².

Второ, събитието GW250114 потвърди и хипотезата на новозеландския математик Рой Кер — той предложи решение на уравненията на общата теория на относителността за въртяща се черна дупка или „геометрия на Кер“. „Черната дупка на Кер“ е описана по по-сложен начин, отколкото във версията на Шварцшилд за стационарна черна дупка, защото въртящата се черна дупка „разтяга“ пространството и времето по малко по-различен начин — Кер описва не само масата на обекта, но и неговия ъглов момент или спин. Новото в хипотезата на Кер е, че тя е изчерпателна: ако за описание на звезда е необходим голям набор от характеристики, тогава черната дупка се описва само с две — маса и въртене.

След сливането на две черни дупки, системата навлиза във фаза на затихване, по време на която новата черна дупка вибрира и излъчва гравитационни вълни на специфични честоти, сякаш нейният „глас“ се променя. Кер предсказва, че „гласът“ на дъщерната черна дупка се определя от нейната маса и въртене. „Като се има предвид яснотата на сигнала на GW250114, за първи път успяхме да изолираме два „тона“ в „гласовете“ на черните дупки, да потвърдим, че те се държат така, както Кер е предсказал, и да получим безпрецедентно силни доказателства за Керовата природа на съществуващите черни дупки“ — обясни Грегорио Каруло, член на изследователския екип.