Гравитационно-волновой сигнал GW250114 подтвердил фундаментальные предсказания о черных дырах
Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA объявила о регистрации гравитационно-волнового события GW250114, одного из самых четких сигналов из когда-либо зафиксированных. Обнаружение было приурочено к десятилетней годовщине первой в истории регистрации гравитационных волн.
Сигнал, полученный с исключительно высоким соотношением сигнал/шум, позволил подтвердить два фундаментальных предсказания физики черных дыр. Первое касается теоремы о площади, сформулированной Стивеном Хокингом в 1971 году, которая гласит, что общая площадь горизонта событий не может уменьшиться в результате слияния двух черных дыр. Второе подтверждение относится к так называемой метрике Керра, описывающей геометрию пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры с использованием всего двух параметров: массы и вращения (спина).
Эти измерения представляют собой прямую проверку общей теории относительности, термодинамики черных дыр и поведения гравитации в экстремальных условиях. Результаты исследования были опубликованы в журнале 10 сентября 2025 года.
Сигнал GW250114 был зарегистрирован двумя детекторами обсерватории LIGO в США, которые работают в координации с детекторами Virgo в Италии и KAGRA в Японии, формируя международную сеть наблюдения за гравитационными волнами LVK. Согласно анализу международной команды, включающей исследователей из Бирмингемского университета, событие было вызвано слиянием двух черных дыр, каждая массой примерно в 32 раза больше массы Солнца. Слияние произошло на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от Земли.
Исключительная четкость сигнала GW250114 позволила провести высокоточные экспериментальные испытания ключевых предсказаний. Данные явно демонстрируют соблюдение теоремы о площади: суммарная площадь горизонтов двух исходных черных дыр составила примерно 240 000 км², в то время как площадь горизонта новой черной дыры равна примерно 400 000 км². Этот рост площади согласуется не только с предсказаниями общей теории относительности, но и подтверждает, что слияние следует законам, связывающим площадь горизонта с энтропией черной дыры. Полученный результат исключает возможность аномального поведения или альтернативных теорий, предсказывающих меньшую площадь.
Другие аспекты события, такие как количество энергии, излученной в форме гравитационных волн, масса, потерянная в процессе, и сам характер слияния, также полностью соответствуют компьютерным симуляциям. Как отметил лауреат Нобелевской премии по физике 2017 года Кип Торн, если бы Хокинг был жив, он был бы очень рад увидеть, что анализ данных GW250114 подтверждает его предсказание.
Кроме того, сигнал позволил подтвердить справедливость метрики Керра. После слияния новая черная дыра вступила в фазу затухающих колебаний, в ходе которой она излучает гравитационные волны, вызванные вибрациями своего горизонта. Благодаря высокому качеству сигнала ученые смогли идентифицировать не только основной тон этих колебаний, но и как минимум две различные компоненты. Наблюдаемые частоты и время затухания идеально совпали с предсказаниями модели Керра, предоставив одно из самых убедительных на сегодняшний день доказательств ее справедливости для реальных черных дыр.
Эта проверка крайне важна, поскольку любые отклонения могли бы стать признаками новой физики, например, модификаций общей теории относительности в экстремальных условиях. На данный момент данные подтверждают, что теоретические решения являются точным описанием реальных черных дыр.