Гравитационные волны подтверждают гипотезу Стивена Хокинга о черных дырах

«Закон площадей» гласит, что площадь поверхности черной дыры не может уменьшаться со временем, - пишет sciencenews.org со ссылкой на Physical Review Letters.

Несмотря на свою загадочную природу, считается, что черные дыры подчиняются определенным простым правилам. Теперь один из самых известных законов черной дыры, предсказанный физиком Стивеном Хокингом, был подтвержден гравитационными волнами.

Согласно теореме о площади черной дыры, разработанной Хокингом в начале 1970-х годов, черные дыры не могут со временем уменьшаться в площади поверхности. Теорема площадей очаровывает физиков, потому что она отражает известное физическое правило, согласно которому беспорядок или энтропия не может уменьшаться со временем. Вместо этого энтропия постоянно увеличивается.

Это «захватывающий намек на то, что области черных дыр являются чем-то фундаментальным и важным», - говорит астрофизик Уилл Фарр из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке и Института Флэтайрон в Нью-Йорке.

Площадь поверхности одинокой черной дыры не изменится - в конце концов, ничто не может вырваться изнутри. Однако, если вы бросите что-то в черную дыру, она наберет больше массы, увеличивая площадь своей поверхности. Но входящий объект также может заставить черную дыру вращаться, что уменьшает площадь поверхности. Закон площадей гласит, что увеличение площади поверхности из-за дополнительной массы всегда перевешивает уменьшение площади поверхности из-за добавленного вращения.

Чтобы проверить это правило области, астрофизики из Массачусетского технологического института Максимилиано Иси, Фарр и другие использовали рябь в пространстве-времени, вызванную двумя черными дырами, которые скручивались внутрь и слились в одну большую черную дыру. Площадь поверхности черной дыры определяется ее горизонтом событий - границей, из которой невозможно выбраться. Согласно теореме площадей, площадь горизонта событий вновь образованной черной дыры должна быть не меньше, чем площади горизонтов событий двух исходных черных дыр вместе взятых.

Команда проанализировала данные о первых когда-либо обнаруженных гравитационных волнах, которые были обнаружены Гравитационно-волновой обсерваторией Advanced Laser Interferometer, LIGO, в 2015 году. Исследователи разделили данные о гравитационных волнах на два временных сегмента, до и после слияния, и рассчитали площади поверхности черных дыр в каждый период. Площадь поверхности вновь образованной черной дыры была больше, чем у двух исходных черных дыр вместе взятых, что соответствовало закону площади с уровнем достоверности 95 процентов, сообщает команда.

«Это первый раз, когда мы можем назвать это численно», - говорит Иси.

Теорема площади является результатом общей теории относительности, которая описывает физику черных дыр и гравитационных волн. Предыдущий анализ гравитационных волн согласовывался с предсказаниями общей теории относительности и, таким образом, уже намекнул, что закон площадей не может сильно отклоняться. Но новое исследование «является более явным подтверждением» закона площадей, говорит физик Сесилия Чиренти из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, которая не принимала участия в исследовании.

Пока что общая теория относительности хорошо описывает черные дыры. Но ученые не до конца понимают, что происходит там, где общая теория относительности, которая обычно применяется к большим объектам, таким как черные дыры, встречается с квантовой механикой, которая описывает такие мелкие предметы, как атомы и субатомные частицы. В этом квантовом мире могут происходить странные вещи.

Например, черные дыры могут испускать слабый туман из частиц, называемый излучением Хокинга - еще одна идея, разработанная Хокингом в 1970-х годах. Этот эффект может позволить черным дырам сжиматься, нарушая закон площадей, но только в течение чрезвычайно длительного периода времени, поэтому он не повлияет на относительно быстрое слияние черных дыр, которое наблюдал LIGO.

Физики ищут улучшенную теорию, которая объединит две дисциплины в одну новую улучшенную теорию квантовой гравитации. Любое несоблюдение черными дырами правил общей теории относительности может указать физикам правильное направление для открытия этой новой теории.


[Фото: sciencenews.org]