Астрономы поймали гравитационные волны от слияния рекордно тяжелых черных дыр
Наблюдение за гравитационными волнами, достигающими Земли, позволило ученым наблюдать слияние небывало тяжелых для таких событий двух черных дыр, в результате которого образовался новый объект в 225 раз массивнее Солнца. Это открытие может заставить астрономов пересмотреть сценарии образования черных дыр, считают участники международной научной коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA, рассказавшие об открытии на 24-й конференции по Общей теории относительности и гравитации в Глазго.
Наблюдение за событием, которому присвоили название GW231123, провели еще 23 ноября 2023 года. С тех пор время ученые обрабатывали полученные данные и воспроизводили слияние черных дыр.
Simona J. Miller / Caltech
Моделирование показало, что слились между собой две довольно крупные черные дыры (так называемые черные дыры звездных масс, образующиеся в результате эволюции звезд) в 100 и 140 масс Солнца соответственно. Уменьшение массы получившегося при слиянии объекта связано с превращением части исходной массы в энергию, уносимую гравитационными волнами.
Помимо небывало высоких масс черных дыр ученых удивило их быстрое вращение перед слиянием, что указывает на вероятно нетривиальную историю происхождения каждой из них.
«Это наиболее массивная пара черных дыр из тех, что мы наблюдали с помощью гравитационных волн, и это представляет собой реальный вызов нашему пониманию образования черных дыр, — считает профессор Марк Ханнам из Университета Кардиффа, член коллаборации LIGO. — Стандартные модели звездной эволюции не допускают рождения черных дыр такой массы. Есть вероятность, что обе черные дыры в этой паре сформировались при раннем слиянии более легких черных дыр».
На сегодняшний момент путем наблюдения гравитационно-волнового сигнала учеными обнаружено порядка 300 слияний черных дыр. До этого момента «рекордсменом» была черная дыра в 140 масс Солнца, получившаяся при слиянии двух более легких.
«Похоже, черные дыры вращались очень быстро — близко к пределу, дозволенному Общей теорией относительности Эйнштейна, — пояснил Чарди Хой из Университета Портсмута. — Это создает трудности для моделирования и интерпретации результатов. Это превосходный пример, подталкивающий развитие наших теоретических инструментов».
Детектор LIGO в Хэнфорде, США
LIGO
Ученые говорят, что будут уточнять свои результаты для улучшения существующих моделей образования черных дыр, что позволит в будущем более четко интерпретировать открытие таких экстремальных событий. «Научному сообществу понадобятся годы, чтобы полностью понять сложную картину этого сигнала и его значение, — считает Грегорио Карулло, соавтор открытия из Университета Бирмингема. — Несмотря на то, что наиболее вероятным объяснением остается слияние двух черных дыр, ключом к пониманию необычных деталей могут быть более сложные сценарии. Нас ждут восхитительные времена!».
Феномен гравитационных волн, то есть возмущения метрики пространства-времени массивными телами, двигающимися с переменным ускорением, был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Экспериментальное подтверждение было впервые получено лишь в 2015 году с помощью гравитационно-волновой обсерватории LIGO, поймавшей сигнал от слияния двух черных дыр звездных масс, за что в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике.
В коллаборации LIGO продолжают работать и две российских группы (из Нижнего Новгорода и Москвы), которые отвечали за создание детектора, ультрачувствительного к гравитационным волнам.
С появлением аналогичных детекторов в Европе (Virgo) и Японии (KAGRA) коллаборация расширилась и стала называться LIGO-Virgo-KAGRA.