Впервые в истории наблюдательной астрономии ученые заявили о регистрации данных, которые можно интерпретировать как «отпечатки горизонта событий черной дыры». Речь идет о результатах, полученных детекторами LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) в январе 2025 года при фиксации события GW250114 — мощнейшего гравитационно-волнового сигнала от слияния двух черных дыр.
Слияние черных дыр — это редкий космический процесс, в ходе которого два сверхплотных объекта закручиваются по спирали и объединяются в единую черную дыру. Именно в финальной фазе этого события возникают интенсивные гравитационные волны — колебания структуры пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света.
В научной работе, опубликованной в журнале Nature, международная группа исследователей показала, что если из сигнала GW250114 выделить наиболее «чистый» участок — прямые волны, возникающие непосредственно при слиянии, — то в нем можно обнаружить данные о физических процессах в области, максимально близкой к горизонту событий.
Горизонт событий представляет собой границу черной дыры, после пересечения которой ни свет, ни материя не могут вернуться обратно. Ранее эта область оставалась недоступной для прямого измерения: астрофизики могли изучать лишь внешние проявления, такие как аккреционные диски, излучение или «тень» объекта.
Анализ GW250114 позволил продвинуться дальше классической спектроскопии квазинормальных мод, описывающих «послесвечение» сформировавшейся черной дыры, и извлечь компоненты, связанные с динамикой непосредственно у горизонта.
Ключевым открытием стало обнаружение сигналов, интерпретируемых как проявление эффекта увлечения инерциальных систем отсчета (frame dragging). В этом состоянии вращающаяся черная дыра буквально «закручивает» пространство-время вокруг себя. В наблюдаемом сигнале это отражается в виде специфической структуры частот, обусловленной вращением формирующегося объекта.
Источник: Neil Lu, Sizheng Ma, Ornella J. Piccinni, Yanbei Chen & Ling Sun
Исследователи сравнивают физику процесса с ложкой, вращающей воду в стакане: завихрение жидкости аналогично искривлению пространства-времени, а расходящиеся волны — гравитационным возмущениям, уходящим в космос.
Анализ выявил отдельный компонент, который нельзя объяснить одними лишь стандартными квазинормальными модами. Ученые связывают его с прямыми волнами, излучаемыми в момент формирования горизонта и несущими точную информацию о его параметрах. Это дает возможность оценивать характеристики черной дыры Керра — вращающегося решения уравнений общей теории относительности, включая частоту вращения и параметр поверхностной гравитации.
Фактически речь идет о переходе к новому типу «спектроскопии горизонта». Теперь ученые могут измерять не только массу и спин объекта, но и динамику пространства-времени вблизи самой границы невозврата.
Художественная интерпретация события. Источник: Neil Lu, Sizheng Ma, Ornella J. Piccinni, Yanbei Chen & Ling Sun
Метод требует сложной фильтрации данных: для выделения слабого остаточного компонента из сигнала удаляются известные моды колебаний. В работе применяются высокоточные численные модели слияния, позволяющие отделить полезный сигнал от шума.
Авторы подчеркивают, что результат является статистически значимым, однако сложным для интерпретации. Часть независимых экспертов указывает на необходимость дополнительных проверок, отмечая, что выделенный компонент может зависеть от модели обработки данных и теоретических допущений.
Тем не менее, сам факт того, что гравитационные волны несут информацию о режиме пространства-времени в столь близкой окрестности горизонта событий, считается важным шагом для экспериментальной проверки общей теории относительности в экстремальных условиях.
В будущем такой подход может позволить не только уточнять параметры черных дыр, но и выявлять отклонения от предсказаний общей теории относительности, например, искать эффекты квантовых флуктуаций вблизи горизонта. Если результаты подтвердятся, событие GW250114 станет первым случаем, когда человечество получило доступ к динамическим процессам у самой границы пространства и времени.
