Область у горизонта событий впервые изучили по сигналам гравитационных волн
Гравитационно-волновые обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA зафиксировали событие GW250114 — слияние двух черных дыр.
Впервые в истории ученые выделили из сигнала «прямую волну» — компонент, который напрямую связан со свойствами горизонта событий новорожденной черной дыры.
Это первое наблюдательное подтверждение теоретически предсказанного эффекта, позволяющее «увидеть» то, что происходит на самой границе точки невозврата.
Главные мысли за 1 минуту:
- Впервые обнаружен сигнал «прямой волны» от слияния черных дыр.
- Сигнал позволил измерить скорость вращения и поверхностную гравитацию горизонта событий.
- Результаты получены из анализа события GW250114 и подтверждены несколькими методами.
- Открытие дает новый инструмент для проверки общей теории относительности в экстремальных условиях.
Как «услышать» горизонт событий
Горизонт событий — это граница, за которой ничто, даже свет, не может покинуть черную дыру. Ранее ученые изучали окрестности этой области по аккреционным дискам, джетам и рентгеновскому излучению.
С появлением гравитационно-волновых обсерваторий появилась возможность регистрировать «звон» после слияния — квазинормальные моды. Но этот сигнал связан скорее с пространством-временем вокруг черной дыры, чем с самим горизонтом.
Новый компонент сигнала
Теоретики предсказали существование «прямой волны» — излучения, возникающего в момент перехода от орбитального движения двух черных дыр к формированию единого объекта.
Ее характеристики, как показали расчеты, должны напрямую зависеть от свойств горизонта событий. До сих пор выделить этот компонент из шума не удавалось.
Что показал анализ GW250114
Ученые проанализировали данные события GW250114 и обнаружили признаки прямой волны. Колебания сигнала происходили с частотой, близкой к удвоенной скорости вращения горизонта событий.
Это объясняется эффектом увлечения пространства-времени вращающейся черной дырой. Кроме того, затухание сигнала соответствовало величине поверхностной гравитации на горизонте.
Таким образом, исследователи одновременно измерили два фундаментальных параметра черной дыры.
Для проверки применили несколько независимых методов анализа. Во всех случаях параметры совпали с теоретическими предсказаниями. Достоверность сигнала оказалась достаточно высокой, чтобы говорить о первом наблюдательном подтверждении существования такой волны.
Что это меняет
Авторы работы сравнили прямую волну с «последним звуком» двух черных дыр перед их окончательным исчезновением за горизонтом. В отличие от квазинормальных мод, описывающих релаксацию после слияния, прямая волна позволяет заглянуть в процессы, происходящие у самой границы горизонта.
Это открытие расширяет возможности гравитационно-волновой астрономии: поиск подобных сигналов в будущих событиях поможет проверить общую теорию относительности в самых экстремальных условиях и получить новые данные о природе черных дыр и пространства-времени.