Гравитация: почему слияния черных дыр не помогут найти новые измерения

Астроном из Национального центра научных исследований Франции в Париже и приглашенный ученый МФТИ Станислав Бабак рассказал РИА Новости, можно ли приручить гравитационные волны и создать "радио" на их основе, есть ли "волосы" у черных дыр и существуют ли "лишние" измерения, а также объяснил, когда мы прикоснемся к горизонту событий космических "Гаргантюа".

Физики: гравитационные волны могут скрывать в себе следы иных измерений.

В сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленной LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 65 Солнц. Впоследствии LIGO зафиксировала еще шесть подобных событий, порожденных, за одним исключением, похожими слияниями крупных черных дыр.

Эти открытия запустили новую серию споров среди ученых. Космологи и теоретики гадали о том, как именно могли возникнуть подобные пары черных дыр, почему они обладают столь большой массой и можно ли увидеть историю их образования в том, как происходит процесс слияния, и понять, действительно ли они "сестры-близнецы".

"Зоопарк" черных дыр

Дело в том, что первые пары черных дыр, открытые LIGO, имели необычно большую массу — они были в 20-30 раз тяжелее Солнца. Ученые засомневались, что они образовались в недрах крупных звезд, исчерпавших свои запасы водорода и взорвавшихся в виде сверхновой.

"Действительно, первый объект, открытый нами, стал большим сюрпризом для всех по самым разным причинам. Изначально мы ожидали увидеть черные дыры, которые были бы тяжелее Солнца в три-десять раз, так как формирование более тяжелых объектов сложно объяснить с точки зрения астрофизики. Нужны большие и "чистые" звезды, уже не существующие во Вселенной, которые бы при этом не теряли быстро массу", — рассказывает Бабак.

Открытие сразу нескольких пар таких необычно тяжелых черных дыр, как отмечает физик, заставило ученых задуматься о том, как могут возникать подобные объекты. Новые расчеты показали, что вероятность их появления была не такой низкой, как изначально думали теоретики.

Впоследствии LIGO обнаружила следы слияний менее массивных объектов, которые показали, что в доступной нам части Вселенной присутствует целый "зоопарк" черных дыр больших и малых масс. Их изучение и открытие новых всплесков гравитационных волн, как надеется Бабак, поможет понять, как возникают пары подобных объектов и как они связаны с эволюцией галактик.

Установка для обнаружения гравитационных волн в обсерватории LIGO.

Для этого, по словам физика, крайне важно поймать слияния черных дыр, чьи оси вращения были бы наклонены в разные стороны. Сделать это, как он говорит, крайне сложно, так как LIGO и VIRGO лучше видят те слияния черных дыр, на которые мы смотрим "сверху" или "снизу". У подобных черных дыр крайне сложно измерить наклон оси и направление вращения.

Тем не менее ответ на эти вопросы, как объясняет ученый, поможет понять, где возникают черные дыры и виноваты ли в их рождении только звезды.

Есть ли "волосы" у черных дыр?

Помимо размеров и скорости вращения этих объектов ученые пытались проверить знаменитое предположение физиков-теоретиков о том, что у черных дыр нет "волос", которое активно изучалось и развивалось Стивеном Хокингом до самой его смерти.

Это предположение означает, что все черные дыры с одинаковой массой, зарядом и скоростью вращения выглядят и описываются совершенно одинаково с точки зрения законов физики. Ситуация сильно усложнилась в 1975 году, когда Хокинг показал, что черные дыры постепенно "испаряются" благодаря квантовым эффектам у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения, которое сегодня носит его имя.

У теоретиков это вызвало большие проблемы, так как испарение черных дыр и рождение подобного излучения подразумевает то, что почти вся информация о квантовом состоянии частиц, "съедаемых" черной дырой, за исключением их массы, заряда и скорости вращения, безвозвратно теряется, что невозможно по законам квантовой физики.

"Команда LIGO уже пыталась проверить эти идеи, однако, как мне кажется, это крайне сложно. Необходимо получить чистый сигнал, возникающий после того, как черные дыры уже слились, но еще продолжают дрожать, сбрасывая эти колебания в виде гравитационных волн. Это очень слабый сигнал, и нам должно крупно повезти, чтобы мы могли его поймать в достаточно четком виде — черные дыры должны быть крупными и находиться близко к нам", — поясняет Бабак.

Если у черных дыр действительно нет "волос", то это дрожание, как объясняет физик, будет порождать одинаковые сигналы для любых пар черных дыр, обладающих одинаковой массой, направлением и скоростью вращения. Если же сигналы, которые получат LIGO и VIRGO, будут отличаться друг от друга, то тогда эту идею придется оставить, и черные дыры обзаведутся невидимой для нас, но вполне существующей "шевелюрой".

Сами гравитационные волны, как считает Бабак, вряд ли удастся использовать для передачи информации или других практических целей, о чем мечтает академик Владислав Пустовойт, один из основоположников гравитационной астрономии.

"Есть один простой довод, объясняющий то, почему это невозможно, — сверхмалое значение гравитационной константы. Гравитационные волны очень слабо взаимодействуют с материей, что одновременно хорошо для нас, поскольку мы можем их видеть на гигантских расстояниях, и плохо, так как это мешает их обнаружению. Огромные размеры LIGO обусловлены не тем, что американцам некуда было девать деньги. Вряд ли "гравитационный радиоприемник" длиной в пять-десять километров найдет какое-либо применение", — объясняет физик.

РИА Новости Подробнее ➤