Гравітаційні хвилі від найпотужнішого зіткнення чорних дір вперше дозволили виділити компонент сигналу, сформований у безпосередній близькості до горизонту подій. Завдяки цьому фізики змогли виміряти, як новоутворена чорна діра закручує простір-час навколо себе.
Рекордне зіткнення
Гравітаційно-хвильову подію GW250114 зареєстрували торік за допомогою обсерваторії LIGO у Сполучених Штатах. Вона виявилася найпотужнішим зіткненням чорних дір з усіх коли-небудь виявлених. Дві чорні діри рухалися одна навколо одної по спіральній траєкторії, поки не злилися у катастрофічному зіткненні й не утворили одну масивнішу.
Саме завдяки надзвичайній потужності цієї події команда дослідників змогла виокремити у сигналі раніше невловиму складову. Результати роботи опубліковані в рецензованому журналі Nature.
Сигнал з околиць горизонту подій
Пряма хвиля є гравітаційним випромінюванням з ділянки безпосередньо біля горизонту подій. Існування такого компонента передбачала загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна, проте до цього моменту його ніколи не вдавалося виявити. Складність полягала в тому, що пряма хвиля прихована серед значно потужніших сигналів від самого процесу злиття.
Щоб відокремити цю складову, Ніл Лу з Австралійського національного університету та його колеги розробили нові аналітичні методи фільтрації гравітаційно-хвильових даних. Це дало змогу вилучити слабкий сигнал з-поміж домінуючих компонентів загального випромінювання.
Космічний вир
Пряма хвиля несе інформацію про обертання чорної діри та ефект захоплення простору-часу, передбачений загальною теорією відносності Ейнштейна. В області ергосфери, що оточує горизонт подій, жоден об’єкт не може залишатися нерухомим і неминуче рухається разом із закрученим простором-часом.
Завдяки прямій хвилі вдалося виміряти швидкість обертання новоутвореної чорної діри та силу гравітації біля її горизонту. Гравітаційні хвилі залишаються єдиним інструментом, здатним донести інформацію з цієї області, адже навіть світло не може вирватися звідти.
Перевірка для Ейнштейна
Виявлення прямої хвилі дає змогу по-новому перевірити загальну теорію відносності. Це відкриває новий спосіб дослідження області поблизу горизонту подій і створює додаткові можливості для перевірки фундаментальних законів гравітації в екстремальних умовах. Якщо теорія Альберта Ейнштейна правильна, параметри прямої хвилі, швидкість обертання горизонту та поверхнева гравітація мають узгоджуватися між собою з високою точністю. Будь-яке відхилення може вказати на необхідність уточнення або доповнення наявних фізичних моделей.
Чорні діри є одними з об’єктів, де може стати помітною розбіжність між двома найуспішнішими фізичними теоріями. Загальна теорія відносності описує гравітацію і простір-час у великих масштабах, а квантова механіка пояснює матерію та енергію на найменших. На фундаментальному рівні ці теорії досі не вдається повністю узгодити.
Поблизу горизонту подій гравітація стає настільки екстремальною, що неузгодженості між ними можуть стати вимірюваними. Прямі хвилі від зіткнення чорних дір є найперспективнішим джерелом даних для виявлення цих неузгодженостей.
За матеріалами phys.org
