Эхо гравитационных волн указало на возможное нарушение Общей теории относительности

В начале 2016 г. детектору LIGO удалось обнаружить гравитационные волны, предсказанные Общей теорией относительности (ОТО) еще за сто лет до этого, а вскоре наблюдения подтвердились во второй и в третий раз. Находка стала очередным триумфальным подтверждением точности выкладок Эйнштейна и его последователей. Однако в ней же могут содержаться и намеки на новую физику, за пределами современных уравнений ОТО и квантовой механики.

В тех же наблюдениях гравитационной волны, созданной могучим слиянием пары черных дыр, группа физиков из Канады и Ирана обнаружила «эхо» – возможное указание на разрешение одного из парадоксальных следствий ОТО. Дело в том, что, по уравнениям теории, невращающуюся и незаряженную черную дыру можно назвать самым простым объектом во Вселенной: она характеризуется лишь одним параметром – массой.

Если к ней добавится новый объект, она лишь увеличит массу, независимо от того, что это был за предмет и из какого вещества состоял. Это могло быть даже антивещество с той же массой, но противоположным зарядом. А если она в результате хокинговского испарения снова потеряет массу и станет прежней, то получится, что весь первоначальный предмет черная дыра «переработала» в хаотическое излучение, нисколько не изменившись сама и полностью уничтожив информацию об исходном предмете.

Все это в корне противоречит принципам квантовой механики, заставляя физиков искать объяснения, обещающие примирить квантовую механику с ОТО именно там, где они сталкиваются особенно непримиримо – на границах черных дыр. Например, предположено, что их окрестности могут представлять собой настоящий фаерволл – «огненную стену» высокоэнергетических частиц, которая буквально «сжигает» все, что добралось сюда, уничтожая всякую информацию. Имеются и другие гипотезы о существовании на горизонте событий черных дыр различных структур, которые могли бы разрешить информационный парадокс.

Португальский физик Витор Кардозо (Vítor Cardoso) и его коллеги показали, что если такие структуры на горизонте событий существуют, то при слиянии черных дыр они должны проявляться в характеристиках созданной при этом гравитационной волны своего рода «эхом». Некоторая доля энергии будет задерживаться у горизонта, и гравитационный сигнал окажется более «размазанным», чем можно было ожидать. В статье, которую представили Джахед Абеди (Jahed Abedi) и его коллеги, сообщается о возможном обнаружении такого «эха».

По расчетам ученых, наличие структур вокруг горизонта событий сливающихся черных дыр, волны от которых обнаружил LIGO, должно проявляться «эхом», приходящим спустя 0,1, 0,2 и 0,3 с после основного сигнала. Еще раз обратившись к данным, которые собрал детектор, они действительно нашли нужные «отголоски», причем у всех трех волн, детектированных LIGO.

Стоит заметить, что статья представлена на онлайн-сервисе ArXiv для предварительного ознакомления и поиска неточностей и ошибок перед отправкой в рецензируемое издание. К тому же достоверность находки оценивается всего в 2,9 Сигма, не дотягивая до принятого уровня. Выяснить, что это – случайное совпадение, или же действительно указание на возможное уточнение ОТО и квантовой механики – помогут лишь новые наблюдения молодой гравитационной астрономии.