Несмотря на свою таинственную природу, считается, что черные дыры подчиняются некоторым простым правилам. Недавно один из самых известных законов черных дыр, предсказанный физиком Стивеном Хокингом, был успешно подтвержден гравитационными волнами. Согласно теореме о черных дырах, разработанной Хокингом в начале 1970-х годов, площадь черных дыр не может уменьшаться со временем. Этот принцип интересен физикам, потому что он тесно связан с другим принципом, который, по-видимому, определяет течение времени в определенном направлении: со вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия, или беспорядок, замкнутой системы всегда должна возрастать. Поскольку энтропия черной дыры пропорциональна ее площади, обе они всегда должны увеличиваться. Результаты нового исследования показывают, что области черных дыр являются фундаментальными и важными. Именно так считал знаменитый британский ученый.
Знаменитая теория черных дыр Стивена Хокинга подтвердилась.
Космические монстры
Таким образом, поверхность черной дыры определяется сферической границей, известной как горизонт событий — за этой точкой ничто, даже свет, не может избежать ее мощного гравитационного притяжения. Согласно интерпретации Хокинга общей теории относительности, поскольку поверхность черной дыры увеличивается с увеличением ее массы и поскольку ни один брошенный объект не может покинуть ее, ее поверхность не может сжиматься.
Но поверхность черной дыры также уменьшается по мере ее вращения, поэтому исследователи задались вопросом, возможно ли бросить объект внутрь достаточно, чтобы черная дыра вращалась с такой скоростью, что ее площадь уменьшалась.
Черные дыры — один из самых загадочных объектов во Вселенной.
Эти объекты также подчиняются закону сохранения массы — вы не можете уменьшить его, так что это похоже на сохранение энергии», — сказал Live Science, ведущий автор нового исследования Максимилиано Изи, астрофизик из Массачусетского технологического института.
«У черных дыр есть энтропия, и она пропорциональна их площади. Это не просто забавное совпадение, это глубокий факт о мире, который они раскрывают».
Еще больше интересных статей о последних открытиях в физике и астрономии читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно появляются статьи, которых нет на сайте!
Как изменить черную дыру?
Говоря о черных дырах, следует отметить, что что бы мы ни делали, масса и вращение заставят ее иметь большую площадь поверхности. Чтобы проверить эту теорию, ученые проанализировали гравитационные волны или неровности в ткани пространства-времени, сформированные 1,3 миллиарда лет назад двумя гигантскими черными дырами, когда они с большой скоростью приближались друг к другу.
Это были первые обнаруженные гравитационные волны. Подробнее о том, как исследователям удалось сделать одно из важнейших открытий последних лет, вы можете прочитать в статье моего коллеги Артема Сутягина.
Столкновение двух сверхмассивных черных дыр создало гравитационные волны, которые были обнаружены детекторами LIGO и VIRGO.
Разделив сигнал, полученный детекторами LIGO и VIRGO, на две половины — до и после присоединения черных дыр — исследователи рассчитали массу и вращение как исходных черных дыр, так и вновь присоединившихся черных дыр. Эти данные, в свою очередь, позволили им рассчитать площадь каждой черной дыры до и после удара.
«По мере того как черные дыры вращаются вокруг друг друга все быстрее и быстрее, гравитационные волны все больше и больше увеличивают свою амплитуду и в конечном итоге схлопываются в большую волну», — говорит Изи. «Новая черная дыра остается возбужденной».
Интересно, что площадь вновь образовавшейся черной дыры была больше, чем площадь первых двух вместе взятых, что подтверждает «поверхностный закон» Хокинга с уверенностью более 95%. Как отмечают авторы нового исследования, их результаты во многом соответствуют ожиданиям.
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна очень эффективна при описании черных дыр и других крупномасштабных объектов во Вселенной.
Однако настоящая загадка начинается, когда мы пытаемся интегрировать общую теорию относительности — принципы работы больших объектов — с квантовой механикой — принципами работы очень маленьких объектов. Начинают происходить странные события, которые нарушают все наши жесткие и быстрые правила и полностью нарушают местные законы.
Это потому, что черные дыры не могут сжиматься в соответствии с общей теорией относительности, но могут сжиматься в соответствии с квантовой механикой. Хокинг также является автором концепции, называемой излучением Хокинга, когда дымка частиц испускается по краям черных дыр в результате странных квантовых эффектов.
Гаргантюа глазами художника.
Это явление заставляет черные дыры сжиматься и в конечном итоге испаряться в течение времени, в несколько раз превышающего возраст Вселенной. Это спаривание может происходить в течение длительного периода времени, но это слабое утешение для физиков.
Самые таинственные объекты в космосе
Согласно новому исследованию, подтверждение учеными поверхностного закона, по-видимому, предполагает, что свойства черных дыр являются важным ключом к разгадке скрытых законов, управляющих Вселенной. Как ни странно, поверхностный закон, кажется, противоречит другой доказанной теореме знаменитого физика: черные дыры должны испаряться в течение чрезвычайно длительных периодов времени, поэтому обнаружение источника противоречия между двумя теориями может открыть новую физику.
Следующими шагами исследователей будет анализ данных большего количества гравитационных волн. Это, как рассчитывают ученые, поможет им лучше понять природу самых загадочных объектов в обозримой Вселенной. Работа была опубликована в Physical Review Letters.
