Загадкове злиття двох чорних дір може підтвердити найбільше передбачення Стівена Гокінга

Проблема в тому, що довести існування подібного випромінювання досить складно, адже зафіксувати його за допомогою наявних технологій практично неможливо — чорні діри вважаються занадто масивними та холодними, щоб ми могли зафіксувати хоч якесь випромінювання навколо них.

Проте міжнародна команда вчених у своєму новому дослідженні стверджує, що зуміла зафіксувати ознаки випромінювання Гокінга. Для цього вони проаналізували одне з найпотужніших злиттів чорних дір, зафіксоване нашими детекторами.

У 2019 році обсерваторії LIGO в США та Virgo в Італії, які займаються виявленням гравітаційних хвиль — брижів у просторі-часі, що виникають внаслідок найпотужніших космічних подій — зафіксували сигнал GW190521. Це було зіткнення двох чорних дір, маса яких у 66 і 85 разів перевищувала масу Сонця. Внаслідок цього зіткнення з’явилася нова чорна діра — тепер уже масою 142 Сонця. Вона стала однією з перших чорних дір проміжної маси, які зуміли виявити вчені — полювання на ці об'єкти велося вже кілька десятиліть.

Якщо підходити до фізики чорних дір виключно з погляду загальної теорії відносності Ейнштейна (ОТО), то горизонт подій — невидима межа чорних дір — не повинен був випустити жодного натяку на зіткнення, «втягнувши» всі сліди найпотужнішим гравітаційним тяжінням.

Проте більшість учених упевнені, що чорні діри — унікальні об'єкти, фізика яких не піддається існуючим на сьогодні поясненням. Десь усередині них існує сингулярність — центральна точка чорної діри, в якій теорія відносності перетинається з квантовою механікою. Саме ця «нова фізика» призводить до появи гравітаційних хвиль, які поширюються по Всесвіту зі швидкістю світла.

Гокінг передбачив, що чорні діри можуть не лише затягувати навколишню матерію, а й поступово випромінювати свою — просто ми не можемо її виявити через надто малі розміри. На квантовому рівні вплив гравітації не має жодного значення, а значить, елементарні частинки, які існують біля горизонту подій, можуть не тільки впасти в чорну діру, а й відлетіти геть від неї, що розганяються гравітаційними хвилями.

Дослідники стверджують, що зуміли виявити випромінювання Гокінга, проаналізувавши сигнал GW190521. Вони використовували два підходи, щоб провести аналіз даних: перший звертався виключно до загальної теорії відносності; другий включав появу випромінювання Гокінга. Проаналізувавши результати, вчені дійшли висновку, що друга модель реалістичніша в сім разів.

Статистичний аналіз показав, що передбачуваний сигнал це звичайний фоновий шум з ймовірністю в 0,5%. Імовірність досить низька, проте недостатня для того, щоб впевнено заявляти про виявлення випромінювання Гокінга. Джахед Абеді з Університету Ставангера, один із авторів дослідження, визнає, що виявлений ними сигнал складно назвати повністю переконливим, проте це найкраще, на що здатні сучасні детектори.

Нещодавно вчені, що працюють з Ligo, Virgo і японським детектором KAGRA опублікували свій аналіз гравітаційних хвиль. Вони вивчили 15 подій, серед яких був і сигнал GW190521, проте не знайшли жодних відхилень або незвичайних слідів, які б вказали на наявність будь-якого випромінювання.

«Було б цікаво зафіксувати будь-які відхилення від загальної теорії відносності, але схоже, що поки що ми не маємо переконливих доказів їх існування. На сьогодні теорія Ейнштейна пройшла усі перевірки. Вона неймовірно ефективна і точна», — говорить Деніел Гольц, астрофізик, який працював із детектором LIGO.

Проте вчені не впадають у відчай. Вони впевнені, що в наступному десятилітті, коли роботу розпочнуть більш потужні детектори, ми зуміємо по-іншому поглянути на чорні діри, а випромінювання Гокінга стане тим самим мостом до квантових властивостей чорних дір, які іншим шляхом виявити було б ще складніше.