Мы можем мыслить наше пространство как имеющее повсюду приблизительно однородную кривизну, но легкие изменения кривизны могут существовать при переходе от одной точки к другой, в свою очередь изменяясь во времени.

Это свойство искривленности или деформации непрерывно переходит с одного участка пространства на другой наподобие волны.

Символом нашего физического мира не может быть устойчивое и периодическое движение планет, что лежит в основе классической механики. Это мир неустойчивостей и флуктуаций, в конечном счете ответственных за поразительное разнообразие и богатство форм и структур, которые мы видим в окружающей нас природе.

В 1994 году Национальный научный фонд США выделил деньги на строительство двух детекторов гравитационных волн, расположенных на расстоянии трех тысяч километров друг от друга (в штатах Вашингтон и Луизиана). Каждый детектор LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) представляет собой лазерный интерферометр из двух перпендикулярных вакуумированных тyннелей («плечей») по 4 километра каждый, в которых распространяется лазерный луч, отражающийся между свободно подвешенными зеркалами.

LIGO был построен с прицелом на поэтапное улучшение чувствительности с выходом на проектную мощность в 2021 году. Первые наблюдения начались в 2002 году, но до 2010-го гравитационных волн зарегистрировано не было. Последующий проект усовершенствования LIGO занял несколько лет, и в середине сентября 2015 года новая версия детектора, которая была в 4 раза чувствительнее предыдущей, начала наблюдения. К этому моменту общая стоимость проекта превысила 600 миллионов долларов. Уже через два дня наблюдений новый детектор впервые в истории поймал гравитационную волну от слияния двух черных дыр с массой в 29 и 36 масс Солнца, расположенных от нас на расстоянии 1,6 миллиарда световых лет. Сигнал был зарегистрирован сразу на обоих детекторах LIGO. В результате слияния образовалась черная дыра массой в 62 массы Солнца, а на генерацию гравитационных волн ушло 5 % от суммарной массы сливающихся дыр. Мгновенное превращение 3 масс Солнца в гравитационное излучение сразу перевело вопрос о природе гравитационной энергии в разряд актуальных проблем. Потому что слияний черных дыр во Вселенной может быть очень много, следовательно, переход значительной доли их массы в гравитационные волны должен учитываться при построении космологических моделей, как резонно отметил в 2018 году нобелевский лауреат Филип Андерсон.

В декабре 2015 года LIGO зарегистрировал гравитационную волну от еще одного слияния черных дыр, после чего всплески гравитационного излучения стали регистрироваться регулярно.

Официальное сообщение об открытии гравитационных волн детекторами LIGO было сделано 16 февраля 2016 года на пресс-конференции, на которую собралось множество журналистов и ученых.

Кипу Торну, Райнеру Вайссу и Берри Беришу за обнаружение гравитационных волн на детекторах LIGO была присуждена Нобелевская премия по физике за 2017 год. К 2022 году детекторы LIGO зарегистрировали 90 всплесков гравитационных волн, многие из которых были подтверждены французско-итальянским детектором Virgo, расположенным в Италии и имеющим трехкилометровые плечи. В программу наблюдения гравволн включились японский детектор KAGRO и британо-немецкий инструмент GEO600. В марте 2023 года гравитационные детекторы, пройдя очередную модернизацию, начали новую серию наблюдений. Чувствительность новых версий гравитационных детекторов такова, что они могут регистрировать в неделю около 5 событий слияний черных дыр (и нейтронных звезд). Буквально на наших глазах рождается гравитационно-волновая астрономия, которая кардинально меняет представления о Вселенной.

Результаты LIGO не просто подтвердили предсказанные ОТО гравитационные волны. Они принесли много неожиданного. LIGO поразили ученых частотой регистрируемых событий: оказывается, в космосе существует большое количество невидимых черных дыр! При этом их типичная зарегистрированная масса оказалась в десятки масс Солнца, или в несколько раз больше, чем у обычных дыр звездных масс, наблюдаемых в двойных звездных системах с аккреционными дисками. Сразу несколько авторов (А. Кашлинский, С. Берд, А. Рисс и др.) выдвинули в 2016 году предположение, что темная материя состоит из большого количества черных дыр звездных масс. В качестве объяснения темной материи черные дыры обладают, по сравнению с ВИМПами, следующими преимуществами:

1. Черные дыры существуют — в полном соответствии с предсказанием ОТО и современными наблюдениями.

2. Они настолько темны, что их прямое наблюдение действительно очень затруднительно. Их находят лишь по свечению аккреционных дисков (которые возникают, только если черная дыра входит в двойную систему со звездой или поедает целые звезды в центре галактик), по излучению гравитационных волн (метод стал доступен только с 2015 года) и по гравитационному линзированию.

3. Черные дыры, возникшие в результате коллапса звезд, логично имеют небольшие скорости, сопоставимые со скоростями, например, шаровых скоплений в гало галактик.

4. У черных дыр столь малый размер или сечение рассеяния, что два галактических гало из черных дыр при столкновении будут взаимодействовать практически только гравитационно — в отличие от газовых составляющих галактик. Это объясняет феномены типа скопления Пули (см. илл. 5 и 6).

Но откуда взялось такое количество черных дыр? Обычные модели звездной эволюции не могут это объяснить. Еще одной проблемой является большое количество сверхмассивных черных дыр, которые расположены в центрах галактик и, как сейчас считают многие ученые, могут отвечать за их образование.

Чтобы объяснить наблюдаемое распределение черных дыр по массам, все больше физиков обращаются к гипотезе о первичных черных дырах, которые формируются из флуктуаций плотности в процессе Большого взрыва. Эта идея обсуждается с 1960-х годов (см. труды С. Хокинга, Я. Б. Зельдовича, И. Д. Новикова, А. Д. Долгова).

Смелую гипотезу выдвинули в 2011 году британец Бернард Карр (B. Carr) и Алан Коли (A. Coley) из Канады. Они предположили, что черные дыры могут попадать к нам из предыдущего цикла Вселенной, потому что черные дыры — это такие макроскопические объекты, которые могут пережить коллапс мира и, пройдя через огненную фазу максимально сжатой Вселенной, попасть в следующий цикл ее жизни. Будем называть эти дыры из прошлых циклов реликтовыми, чтобы отличить от гипотетических первичных дыр, которые могут образовываться в момент Большого взрыва из флуктуаций.

Итак, темная материя, которой в пять раз больше, чем обычного газа и звезд, все еще остается загадкой, которую предстоит решить. И все больше ученых склоняется к мнению, что решение надо искать среди уже открытых черных дыр, а не среди гипотетических (и чрезвычайно неуловимых) элементарных частиц.