Вердикт: Эйнштейн прав (опять). Сигнал GW250114 не оставил шансов альтернативным теориям гравитации

14 января 2025 года американские детекторы LIGO зафиксировали гравитационную волну GW250114. Источником сигнала стало столкновение двух черных дыр, а сама запись оказалась самой детализированной за всю историю подобных наблюдений. Позже событие подтвердили европейская обсерватория Virgo и японский детектор KAGRA, а международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA официально объявила о регистрации в сентябре 2025 года. Ученые получили редкую по качеству картину искажений пространства-времени, где практически не теряются физические детали процесса.

По своим параметрам GW250114 почти полностью повторяет первую в истории зафиксированную гравитационную волну от слияния черных дыр GW150914, обнаруженную в 2015 году. Отличие связано не с природой явления, а с уровнем технологий. За прошедшее десятилетие интерферометры LIGO стали заметно чувствительнее: модернизированы лазерные системы, улучшена стабилизация зеркал, переработаны методы подавления шумов и пересмотрены алгоритмы обработки данных. Благодаря этому сигнал удалось увидеть не как единый импульс, а как сложную структуру, в которой различимы отдельные физические характеристики процесса.

Исследование подготовили участники коллабораций LIGO, Virgo и KAGRA. Существенный вклад внесли ученые Корнеллского университета, работающие в проекте с начала 1990-х годов. В статье подробно описано, как параметры волны применяются для проверки общей теории относительности и какие выводы можно сделать на основе полученных данных.

После слияния двух черных дыр сформировавшийся объект не сразу приходит в устойчивое состояние. Окружающее его пространство-время начинает колебаться и постепенно теряет энергию. В физике этот процесс называют квазинормальными модами. Такие колебания можно представить как набор тонов, каждый из которых определяется собственной частотой и временем затухания. В рамках общей теории относительности каждый из них напрямую связан с массой и скоростью вращения итоговой черной дыры.

В большинстве наблюдений удается уверенно выделить только одну такую моду, и параметры объекта вычисляются по одной паре величин. В случае GW250114 исследователи смогли измерить сразу два тона и дополнительно ограничить третий. Это позволило получить несколько независимых оценок массы и углового момента одного и того же астрофизического объекта. Все расчеты совпали между собой и полностью соответствовали предсказаниям теории Эйнштейна, что означает согласованность разных способов измерения.

Метод, который применили ученые, называют спектроскопией черных дыр. По аналогии с атомной спектроскопией, где по линиям излучения определяют свойства вещества, здесь по колебательным модам пространства-времени восстанавливают характеристики сверхмассивных объектов. Ранее такой анализ удавался лишь частично, а GW250114 впервые дал данные, достаточные для полноценной реконструкции параметров.

Интерес к подобным наблюдениям связан не только с проверкой общей теории относительности. Физики давно считают, что она не может быть окончательной моделью гравитации. Теория не объясняет природу темной материи и темной энергии, а также плохо сочетается с квантовой механикой, описывающей микромир. Попытки объединить эти подходы приводят к глубоким теоретическим противоречиям, для которых до сих пор не найдено универсального решения.

Гравитационные волны рассматриваются как один из немногих экспериментальных способов искать следы так называемой квантовой гравитации. Предполагается, что при достаточно высокой точности измерений в сигналах от слияний черных дыр могут проявляться микроскопические отклонения от классических расчетов. Такие эффекты могли бы указывать на влияние квантовых процессов в структуре пространства-времени. В данных GW250114 никаких подобных расхождений обнаружено не было, однако сама возможность фиксировать несколько мод колебаний создает основу для будущих проверок, где даже минимальные несоответствия станут заметны.

GW250114 в итоге стал не просто очередной регистрацией далекого космического события, а точным физическим экспериментом, проведенным в естественных условиях Вселенной. Сигнал подтвердил корректность расчетов Эйнштейна в экстремальных режимах и показал, что гравитационно-волновые наблюдения постепенно превращаются в инструмент поиска новой фундаментальной физики, а не только в способ фиксировать редкие астрофизические катастрофы.