Ученые зафиксировали самый четкий из когда-либо наблюдавшихся гравитационных волновых сигналов, возникших при слиянии двух черных дыр. Событие, получившее обозначение GW250114, предоставляет исследователям исключительно точный инструмент для проверки общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Необычайная четкость этого "космического эха" стала возможной благодаря значительному прогрессу в технологиях детекторов за последние десять лет. Обсерватории LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии используют сложную многоуровневую систему для выделения сигнала из фонового шума. Она включает маятниковые подвесы для зеркал, вакуумные трубы и сейсмические фильтры. Ключевую роль играет и проверка на совпадение: гравитационные волны регистрируются одновременно в детекторах, разнесенных на тысячи километров, в то время как локальные помехи, например сейсмические колебания, — нет.
Этот гравитационно-волновой всплеск был зарегистрирован 14 января 2025 года и стал результатом столкновения двух черных дыр. Исследование сигнала, опубликованное 29 января в журнале Physical Review Letters, является плодом глобального сотрудничества научных коллабораций. Ученые из Корнеллского университета играли ключевую роль в этом проекте с самого его начала в начале 1990-х годов.
Анализ, проведенный физиком Кифом Митманом и его коллегами, показал, что сигнал ведет себя в точности так, как предсказывает общая теория относительности. Это служит мощным подтверждением знаменитой теории Эйнштейна. Исследователи использовали метод, называемый "спектроскопией черных дыр": после слияния новообразованная черная дыра вибрирует, подобно ударенному колоколу, издавая определенные "тона" — частоты колебаний.
Измеряя эти частоты, ученые могут независимо вычислить массу и спин конечной черной дыры. Спин черной дыры — это её угловой момент, мера вращения, которая кардинально влияет на структуру окружающего пространства-времени. Он создаёт эффект увлечения инерциальных систем отсчёта, формирует эргосферу — область, где пространство вращается вместе с дырой, — и может определять форму аккреционного диска и выбросы энергии. "Если эти два измерения — массы и спина — согласуются друг с другом, вы, по сути, проверяете общую теорию относительности", — пояснил Митман. В случае с GW250114 сигнал был настолько чистым, что позволил измерить два "тона" и оценить третий, и все результаты идеально совпали с предсказаниями Эйнштейна.
Однако ученые полагают, что не каждое слияние черных дыр будет так точно следовать правилам классической теории. Будущие отклонения сигналов от предсказаний общей теории относительности откроют новую главу в фундаментальной физике. Такие расхождения заставили бы физиков искать новое, более полное объяснение природы гравитации, потенциально давая ключи к разгадке тайн квантовой гравитации.
Физики уже знают, что общая теория относительности не может быть окончательной теорией гравитации. Она не объясняет такие феномены, как темная энергия и темная материя, и вступает в противоречие с законами квантовой механики. Надежда исследователей заключается в том, что будущие сверхчеткие гравитационно-волновые сигналы, подобные GW250114, однажды покажут эти отклонения и укажут путь к истинной теории квантовой гравитации, объединяющей макромир Эйнштейна с микромиром квантовой физики.
Источник: A record breaking gravitational wave is helping test Einstein’s theory of general relativity