Впервые физикам удалось наблюдать гравитационные волны, расходящиеся после столкновения двух черных дыр, на расстоянии 1,2 млрд световых лет от Земли. По расчетам ученых, одна из черных дыр имела массу в 36 солнечных, а вторая — в 29.

В процессе слияния черные дыры сближались под действием собственной гравитации, вращаясь вокруг общего центра масс. В самом конце этого процесса они ускорились настолько, что совершали по 250 оборотов в секунду. После этого произошел коллапс, и черные дыры слились в одну массой в 62 солнечных. Оставшаяся масса преобразовалась в энергию гравитационных волн, которые представляют собой распространяющиеся со скоростью света колебания пространства-времени.

Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности в 1916 году, хотя сам великий физик не раз менял свое мнение относительно того, существуют ли они в действительности или нет. Согласно Эйнштейну, гравитация является следствием того, что пространство-время искривляется под действием массивных тел примерно так же, как поверхность батута искривилась бы, если бы на нее положили гирю. Если сбросить на батут гирю с небольшой высоты, по его натянутой поверхности будут распространяться колебания, одинаковые по природе с волнами на воде. Такие же волны должны возникать и в пространстве-времени, когда какие-либо массивные тела испытывают в нем ускорение.

В наблюдавшемся учеными процессе обе черные дыры перед окончательным слиянием двигались со скоростью лишь вдвое меньшей, чем скорость света. Произведенные в этот момент (который длился пятую долю секунды) гравитационные волны и были зафиксированы учеными.

Для проведения эксперимента в США были построены две лаборатории на расстоянии 3 тыс. км друг от друга. Обе лаборатории практически идентичны и представляют собой сооружение в форме двух состыковывающихся под прямым углом "плеч" длиной около 4 км. Стены лаборатории построены из слоев бетона и металла, чтобы максимально оградить пространство внутри от какого-либо внешнего воздействия. Внутри располагаются вакуумные туннели, из которых был откачан весь воздух. В конце каждого туннеля находится зеркало, отражающее луч света.

В процессе прохождения через установку гравитационной волны длины плеч должны слегка измениться относительно друг друга. Это происходит из-за того, что гравитационная волна, проходя через какую-то область, сжимает в ней пространство-время в одном направлении и растягивает в другом. Несмотря на то что расстояние, на которое изменилась длина плеч, было чрезвычайно мало — в тысячи раз меньше, чем размер протона, обеим лабораториям удалось его зафиксировать. По случайному совпадению частота зафиксированных учеными волн совпала с частотой воспринимаемого человеком звука. И хотя гравитационные волны невозможно услышать в нашем понимании, ученые перевели эти колебания в звуковые, дав нам возможность послушать, как звучит слияние черных дыр.

Открытие гравитационных волн является важным не только для теоретической физики, но и для экспериментальной астрономии. Оно открывает ученым дорогу к наблюдениям за экстремальными процессами вроде слияния черных дыр или нейтронных звезд в удаленном космосе. Ранее предполагалось, что черные дыры встречаются парами очень редко, но теперь у ученых есть серьезные свидетельства в пользу того, что это не так.