„Теорема на района на Хокинг“ гласи, че зоната на хоризонта на събитията на черна дупка никога не може да се свие.
За да докажат истината на теоремата, изследователите измерват гравитационните вълни преди и след сливането на две черни дупки.
Така учените потвърдиха 50-годишна теорема за черните дупки, създадена от Стивън Хокинг. Концепцията за астрофизика, кодифицирана като „Теорема за района на Хокинг“ през 1971 г., казва, че хоризонтът на събитията на черна дупка никога не може да се свие.
Обектът ще трябва да пътува по-бързо от светлинната скорост, за да избяга от черна дупка, според теоремата, което означава, че хоризонтът на събитията е по същество точката на безвъзвратност за почти всеки обект, който можете да си представите.
Според изчисленията на Хокинг, ако например черна дупка се промени в размера си, тя ще се „разтегне“ или ще свие хоризонта на събитията заедно с новия си размер.
Досега учените само доказваха теорията на Хокинг чрез математика. За първи път изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT), Калифорнийския технологичен институт, Университета Корнел и Университета Стоуни Брук го потвърдиха чрез наблюдения, като изследваха две „вдъхновяващи“ черни дупки (което означава, че те се въртят навътре една в друга), които създадоха изцяло нова черна дупка.
Те публикуваха своите открития по-рано този месец в списанието Physical Review Letters.
В проучването изследователите разглеждат по-отблизо GW150914, първият сигнал за гравитационна вълна, открит от Обсерваторията за гравитационно-вълнови лазерни интерферометри (LIGO) през 2015 г. LIGO е национално съоръжение с две места (едното в Ханфорд, Вашингтон, а другото в Ливингстън, Луизиана), създаден за откриване на космически гравитационни вълни.
Те откриха, че сигналът е плод на две сливащи се черни дупки, заедно с огромно количество енергия, която се разклаща в континуума пространство-време. Идеята в статията им е проста: ако теоремата на Хокинг е вярна, казват те, тогава площта на хоризонта на събитията на новата черна дупка – създадена от сливането – не трябва да бъде по-малка от общата площ на хоризонта на събитията на нейните родителски черни дупки.
За да го докажат, те разделят данните за гравитационната вълна на секции „преди“ и „след“, след което статистически анализират и двете секции, за да видят как се сравняват техните области на хоризонта на събитията. Те установяват, че двете области са статистически еднакви в рамките на 95 процента марж на доверие.
„Данните показват с огромна увереност, че площта на хоризонта се е увеличила след сливането и че законът за областта се потвърждава с много голяма вероятност“, казва Максимилиано Иси – водещ автор на статията и доктор от Института за астрофизика Кавли в MIT.
„Беше облекчение, че резултатът ни потвърди парадигмата, която очакваме, и потвърди разбирането ни за тези сложни сливания на черни дупки.“
Този страхотен анализ не само показва пример на теоремата на Хокинг, който стои в основата на един от централните закони, засягащи черните дупки; това показва как анализирането на гравитационните вълнови модели може да носи статистически констатации.
Освен това е логично технологията за измерване на гравитационните вълни да продължи да се подобрява, което означава още по-добри набори от данни за учените в бъдеще.
Защо тази теорема има толкова голямо значение при изследването на черните дупки? Е, това е паралел в някои отношения със законите на „редовната“ физика, като закона за запазване на масата.
Способността да се наблюдават данни от реалния живот, които могат да подкрепят централните закони, регулиращи поведението на черната дупка, може само да подобри цялото поле, давайки на учените конкретни примери, които да посочат, докато продължават да изучават тези неуловими и мощни явления.