Когда две нейтронные звезды грохнулись вдаль в космосе, они создали мощное сотрясение во Вселенной - гравитационные волны, которые ученые обнаружили на Земле в 2017 году. Теперь, просматривая эти записи гравитационных волн, пара физиков считает, что они нашли доказательства черная дыра, которая нарушила бы изящную модель, основанную на теории общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
В общей теории относительности черные дыры являются простыми объектами: бесконечно сжатыми особенностями или точками материи, окруженными гладкими горизонтами событий, через которые не может уйти ни свет, ни энергия, ни материя. До сих пор все данные, которые мы собирали из черных дыр, поддерживали эту модель.
Но в 1970-х годах Стивен Хокинг написал серию статей, в которых предполагалось, что границы черных дыр не так гладки. Вместо этого они размываются благодаря ряду эффектов, связанных с квантовой механикой, которые позволяют «излучению Хокинга» убегать. В последующие годы появилось несколько альтернативных моделей черных дыр, в которых эти гладкие, совершенные горизонты событий были бы заменены на более легкие и нечеткие мембраны. Совсем недавно физики предсказали, что этот пух будет особенно интенсивным вокруг вновь образованных черных дыр - достаточно существенных, чтобы отражать гравитационные волны, создавая эхо в сигнале образования черной дыры. Теперь, после столкновения нейтронной звезды, два физика думают, что нашли этот тип эха. Они утверждают, что черная дыра, которая образовалась, когда слились нейтронные звезды, звонит, как эхо-звонок, и разрушает простую физику черной дыры.
Если эхо является реальным, то оно должно быть из размытой квантовой черной дыры, сказал соавтор исследования Нииеш Афшорди, физик из Университета Ватерлоо в Канаде.
«В теории относительности Эйнштейна материя может вращаться вокруг черных дыр на больших расстояниях, но должна упасть в черную дыру близко к горизонту событий», - сказал Афшорди в интервью Live Science.
Таким образом, вблизи черной дыры не должно быть каких-либо сыпучих материалов, отражающих гравитационные волны. По его словам, даже черные дыры, окружающие себя дисками материала, должны иметь пустую зону вокруг горизонтов событий.
«Временная задержка, которую мы ожидаем (и наблюдаем) для наших эхо-сигналов… может быть объяснена только в том случае, если какая-то квантовая структура находится за пределами их горизонтов событий», - сказал Афшорди.
Это разрыв с обычно непоколебимыми предсказаниями общей теории относительности.
Тем не менее, данные от существующих детекторов гравитационных волн являются шумными, их трудно правильно интерпретировать и склонны к ложным срабатываниям. Гравитационная волна, отражающаяся от некоторого квантового пуха вокруг черной дыры, была бы совершенно новым видом обнаружения. Но Афшорди сказал, что сразу после слияния этот пух должен был быть достаточно интенсивным, чтобы отражать гравитационные волны настолько резко, чтобы его могли видеть существующие детекторы.
Джои Нилсен, астрофизик из Университета Вилланова в Пенсильвании, который не принимал участия в этой статье, сказал, что результат является убедительным, особенно потому, что эхо-сигналы были обнаружены в более чем одном детекторе гравитационных волн.
«Это более убедительно, чем прочесывать данные в поисках определенного типа сигнала и говорить« ага! » когда вы найдете это, "Нейлсен сказал Live Science.
Тем не менее, по его словам, ему нужно будет увидеть больше информации, прежде чем он будет абсолютно уверен, что эхо было реальным. По словам Нейлсена, в статье не учтены другие обнаружения гравитационных волн, собранные в течение 30 секунд после заявленного эха.
«Поскольку вычисления значимости очень чувствительны к тому, как вы выбираете и выбираете свои данные, я хотел бы понять все эти особенности более полно, прежде чем делать какие-либо твердые выводы», - сказал он.
Максимилиано Иси, астрофизик в MIT, был настроен скептически.
«Это не первое заявление такого рода, исходящее от этой группы», - сказал он в интервью журналу Live Science.
«К сожалению, другие группы не смогли воспроизвести свои результаты, и не из-за отсутствия попыток».
Иси указал на серию статей, в которых не удалось найти отклики в одних и тех же данных, одну из которых, опубликованную в июне, он охарактеризовал как «более сложный, статистически надежный анализ».
Афшорди сказал, что его новая статья обладает тем преимуществом, что она гораздо более чувствительна, чем предыдущая работа, с более надежными моделями для обнаружения более слабых эхо-сигналов. Добавляя, «обнаружение, о котором мы сообщали…, является наиболее статистически значимым из десятка поисков, так как вероятность ложной тревоги составляла примерно 2 из 100 000 ».
Даже если эхо реально, ученые все еще не знают точно, какого рода экзотический астрофизический объект вызвал это явление, добавил Нейлсен.
«Что такого интересного в этом случае, так это то, что мы не имеем ни малейшего представления о том, что осталось после первоначального слияния: образовалась ли черная дыра сразу же, или был какой-то экзотический, недолговечный промежуточный объект?» Сказал Нилсен. «Результаты здесь легче всего понять, если остаток является гипермассивным, который разрушается в течение секунды или около того, но эхо, представленное здесь, не убеждает меня в том, что этот сценарий является тем, что на самом деле произошло».
Возможно, в данных есть отголоски, сказал Иси, что будет чрезвычайно важно. Он просто еще не убежден.
Нейлсон сказал, что независимо от того, как все данные вытряхнут, очевидно, что результат здесь указывает на то, что стоит исследовать дальше.
