RW Space

Все знают, что никакая информация не может покинуть черную дыру.

Но гравитационная волна, распространяющаяся наружу в результате массивного столкновения двух огромных черных дыр, возможно, привела нас прямо к краю пропасти, неся с собой самую первую когда-либо полученную характеристику горизонта событий.

Ученые предположили, что гравитационная волна, известная как прямая волна, может нести информацию о свойствах горизонта событий.

Теперь они наконец определили такую ​​волну.

Если для вас это звучит как что-то из научной фантастики, вы не одиноки.

«Горизонт событий — это не то, что мы можем видеть непосредственно с помощью света, потому что по определению ничто не ускользает изнутри него. Но гравитационные волны открывают нам другой путь», — сказал ScienceAlert физик-теоретик Сичжэн Ма из Института Периметра в Канаде.

«Когда две черные дыры вращаются вокруг друг друга и сливаются, этот бурный процесс нарушает само пространство-время в области, очень близкой к горизонту последней черной дыры. Некоторые из этих пространственно-временных вибраций могут распространяться наружу как гравитационные волны и в конечном итоге достигают наших детекторов.

«Мы часто находим захватывающим то, что то, что когда-то казалось почти научной фантастикой, а именно использование наблюдений для изучения горизонтов черных дыр, стало чем-то, что мы действительно можем сделать.»

Горизонт событий — это не сама черная дыра, а граница, отделяющая видимую Вселенную от области, находящейся за пределами досягаемости черной дыры.

Эта граница — «точка невозврата» для черной дыры, за которой гравитация объекта настолько сильна, что даже Свет в вакууме достаточно быстр, чтобы достичь скорости убегания. Горизонт событий не излучает, не отражает и не рассеивает свет. Все, что пересекает его, больше не может посылать нам свет обратно.

В результате ни горизонт событий, ни что-либо за его пределами невозможно наблюдать напрямую. Все, что мы знаем о горизонтах событий, получено в результате косвенных наблюдений за их воздействием на пространство вокруг них.

Это подводит нас к гравитационным волнам: гравитационной ряби в пространстве-времени, возникающей при столкновении и слиянии массивных объектов, таких как черные дыры, которые мы можем обнаружить здесь, на Земле.

Этот сигнал сложный. Это финальная спираль, когда две черные дыры выходят на последние стадии сближения перед столкновением; затем, после этого, вновь образовавшаяся черная дыра звенит как колокол.

Волны этого звонка называются квазинормальными модами, определяемыми черной масса и вращение дыры – и именно так ученые могут выделить эти свойства из явления гравитационной волны.

Однако квазинормальные моды в первую очередь связаны со световым кольцом за пределами горизонта событий, а не с самим горизонтом.

Недавние теоретические работы предложили более прямой метод исследования горизонта событий: прямую волну, которая должна запутываться в квазинормальных модах.

Когда две черные дыры завершают слияние, предполагает эта теория, орбитальное движение переключается. от управления двумя черными дырами до доминирования недавно сформированного единого объекта.

Чрезвычайная гравитация черной дыры буквально тащит пространство-время своим вращением; гравитация смещается в красную сторону и подавляет исходящие сигналы; и испускается одна волна, колеблющаяся с почти вдвое большей частотой вращения горизонта – это прямая волна.

«Когда все приближается к горизонту вращающейся черной дыры, они вовлекаются в чрезвычайно быстрое движение вокруг нее. Но в то же время сигнал, который они посылают нам, очень быстро затухает из-за сильной гравитации черной дыры», — объяснил Ма.

«Итак, мы видим последний, быстрый, быстро тускнеющий водоворот возле горизонта».

Теперь невозможно переоценить, насколько тонкими являются сигналы гравитационных волн. К тому времени, когда они достигают Земли, они растягивают и сжимают пространство-время меньше, чем ширина атомного ядра.

Так и есть. Ма и его коллегам потребовалось необычно мощное событие гравитационной волны, чтобы найти сигнал, который они искали. Это событие было GW250114 — самый четкий сигнал гравитационной волны, полученный на сегодняшний день.

Поначалу, когда они извлекали сигнал из данных, исследователи были осторожны, хотя теория была верной, сложность данных гравитационных волн означала, что всегда существовал риск ложного срабатывания.

«Наша первоначальная реакция была неоднозначной», — сказал Ма.

«Но после предварительных проверок данные вели себя на удивление хорошо — в факт, как и предсказывала теория. Событие было необычайно громким и чистым, а то, как развивался сигнал, соответствовало ожидаемой сигнатуре прямой волны, рассчитанной на основе нашей теоретической модели.

«Это был момент, когда настроение изменилось с «Это может быть интересно» на «Ого, это действительно может быть реальным».

Результат еще требует дальнейшего тестирования на фоне других гравитационно-волновых сигналов. Теоретическая работа также подвергнется доработке и уточнению, теперь, когда у ученых есть результаты наблюдений, с которыми можно ее измерить.

Но в случае подтверждения прорыв команды откроет совершенно новый способ изучения черных дыр.

Например, этот сигнал прямой волны можно проанализировать, чтобы измерить, насколько быстро вращается горизонт событий и как быстро гравитация заставляет информацию исчезать.

«В течение долгого времени мы могли бы прекрасно описывать горизонты событий черной дыры в общей теории относительности, но имели очень ограниченные возможности для их наблюдения», — объясняет Ма.

«Этот новый компонент в гравитационных волнах меняет ситуацию. Этот результат открывает путь к более непосредственному изучению окологоризонтной области, а в будущем, с большим количеством событий и более чувствительными детекторами, он может помочь нам провести более точные тесты общей теории относительности и глубже понять физику черных дыр».

И если он подтвердится, этот результат станет знаковым. самые близкие ученые подошли к исследованию непосредственной близости от горизонта событий черной дыры.

По теме: Физики смоделировали черную дыру в лаборатории, и она затем начала светиться

Более того, это исследование может изменить то, как мы изучаем и понимаем некоторые из самых загадочных объектов во Вселенной.

«Мы приближаемся к горизонту черной дыры, чем когда-либо», — сказал Ма.

«Использование черных дыр чувствовать себя объектами, которые мы можем понять только косвенно, через их воздействие на окружающие объекты. Но с помощью гравитационных волн мы можем слышать последние моменты слияния и искать признаки в области рядом с горизонтом.

«Это ощущение достижения места, которое когда-то было полностью вне досягаемости наблюдений, действительно захватывающе».

Результаты были опубликованы в журнале Nature.