Если теория общей относительности Альберта Эйнштейна верна, то черная дыра, рожденная в результате столкновения двух массивных черных дыр, сама должна «зазвонить» в последствии, создавая соответствующие гравитационные волны. Эйнштейн предсказал, что амплитуда и затухание этих гравитационных волн должны быть прямопропорциональны массе и скорости вращения вновь образовавшейся черной дыры.
Как передает SciTechDaily, недавно физикам из Массачусетского технологического института и других стран представилась возможность изучить «голос» детской черной дыры, и обнаружить, что структура звуков фактически предсказывает массу и вращение черной дыры – доказательство правоты теории Эйнштейна.
Результаты, опубликованные в журнале «Physical Review Letters», поддерживают идею отсутствия у черных дыр какого-либо «волоска» – метафора, относящаяся к идее о том, что черные дыры, согласно теории Эйнштейна, должны иметь только три наблюдаемых свойства: масса, спин (вращение) и электрический заряд. Все остальные характеристики, которые физик Джон Уилер назвал «волосами», должны быть поглощены самой черной дырой, и поэтому их нельзя было бы наблюдать.
Полученные командой ученых результаты подтверждают идею о том, что черные дыры на самом деле «безволосые».
А определить характер «звона» черной дыры они смогли, используя уравнения Эйнштейна, вычислив массу и вращение, которые должна иметь черная дыра. Эти расчеты соответствовали измерениям массы и вращения черной дыры, выполненным ранее другими учеными.
Если бы расчеты команды значительно отклонились от измерений, то можно было бы предположить, что кольцо черной дыры кодирует свойства, отличные от массы, спина и электрического заряда – дразнящее предположение физики, выходящее за рамки теории Эйнштейна. Но, как выясняется, рисунок черной дыры является прямым признаком ее массы и вращения, что подтверждает мнение о черных дырах как «лысых» гигантах, лишенных каких-либо посторонних свойств.
«Мы все ожидаем, что общая теория относительности будет правильной, но впервые подтверждаем это таким образом», – говорит ведущий автор исследования Максимилиано Иси, научный сотрудник NASA в Институте астрофизики и космических исследований им. М.В. Кавли при Массачусетском технологическом институте. «Это первое экспериментальное измерение, в котором непосредственно проверяется теорема об отсутствии волос». Это не значит, что черные дыры не могут иметь волосы. Это означает, что картина черных дыр без волос живет еще один день».
14 сентября 2015 года ученые впервые в мире обнаружили гравитационные волны – бесконечно малые пульсации в пространстве-времени, исходящие от далеких космических событий. Обнаружение объекта, названного GW150914, было сделано лазерным интерферометром гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Как только ученые убрали шум и усилили сигнал, они получили форму волны, которая быстро распадалась, а затем исчезала. Когда они перевели сигнал в звук, услышали нечто, напоминающее «чирикание».
Ученые определили, что гравитационные волны были вызваны быстрым слиянием двух массивных черных дыр. Пик сигнала – самая громкая часть – связана с тем моментом, когда черные дыры столкнулись, сливаясь в одну новую черную дыру. В то время как эта детская черная дыра испускала собственные гравитационные волны, ее фирменные звуки, как предполагали физики, были бы слишком слабыми, чтобы их можно было расшифровать в условиях шума первоначального столкновения. Таким образом, следы этого звонка были обнаружены только через некоторое время после пика.
Иси и его коллеги нашли способ извлечь пульсацию черной дыры сразу после пика сигнала.
В предыдущей работе, возглавляемой соавтором Иси, Мэтью Гислером из Калифорнийского технологического института, команда посредством моделирования показала, что такой сигнал, и особенно часть сразу после пика, содержит «обертоны» – семейство громких, недолговечных тонов. Когда ученые повторно проанализировали сигнал, принимая во внимание обертоны, то обнаружили, что последние могут успешно выделить образец звонка, характерный для вновь образовавшейся черной дыры.
Эту технику применили к фактическим данным из обследованного объекта GW150914, концентрируясь на последних нескольких миллисекундах сигнала, сразу после пика звучания. Принимая во внимание обертоны сигнала, они смогли различить звон, исходящий из новой, детской черной дыры. В частности, они определили два разных тона, каждый из которых был измерен по показателям высоты и интенсивность затухания.
«Мы обнаруживаем общий гравитационно-волновой сигнал, состоящий из нескольких частот, которые затухают с разной скоростью, например, с разными высотами, которые создают звук», – говорит Иси. «Каждая частота или тон соответствует колебательной частоте новой черной дыры».
Когда LIGO улучшит свое разрешение и в будущем появятся более чувствительные инструменты, исследователи смогут использовать данные методы, чтобы «слышать» звуки других недавно появившихся черных дыр. И если им удастся уловить тона, которые не совсем соответствуют прогнозам Эйнштейна, это может стать еще более захватывающим открытием.
