Майже 400 сигналів. Гравітаційні хвилі допомогли з’ясувати походження чорних дір

Про це пише видання Science alert.

Чорні діри залишаються одними з найзагадковіших об’єктів у Всесвіті. За останнє десятиліття обсерваторії гравітаційних хвиль виявили багато незвичних чорних дір: надзвичайно масивні, зі швидкими обертами та пари з великою різницею в масі.

Читайте также: У Telegram з’являться заголовки, таблиці та формули

Останній каталог спостережень міжнародної співпраці LIGO-Virgo-KAGRA містить 390 зафіксованих сигналів гравітаційних хвиль, більшість із яких виникли під час зіткнення пар чорних дір. Це дозволило вченим перейти від вивчення окремих випадків до аналізу всієї популяції таких об’єктів.

За словами астрофізика Шарана Банагірі з Університету Монаша та центру OzGrav, новий набір даних показує, що подвійні чорні діри формуються різними шляхами. В одних випадках вони можуть виникати після колапсу великої газової хмари, яка утворює дві масивні зорі. В інших — чорні діри стикаються в густих зоряних скупченнях. Також деякі з них можуть бути продуктом попередніх злиттів інших чорних дір.

Чорні діри надзвичайно складно досліджувати, оскільки їхня гравітація настільки сильна, що навіть світло не може покинути їхні межі. Вважається, що вони утворюються після колапсу ядер дуже масивних зір.

Прорив стався у 2015 році, коли людство вперше зафіксувало гравітаційні хвилі — коливання простору-часу, спричинені зіткненням двох чорних дір. Відтоді точність спостережень значно зросла.

Сьогодні середня кількість виявлених подій наближається до 40 на рік. За словами астрофізика Максиміліано Ісі з Інституту Флетайрон, накопичених даних уже достатньо, щоб визначати властивості чорних дір і простежувати їхнє походження. Також вони допомагають вивчати історію розширення Всесвіту.

Кожен сигнал гравітаційних хвиль містить інформацію про масу та швидкість обертання чорних дір, які зіткнулися, а також про характеристики нового об’єкта, що утворився після злиття.

Новий каталог містить кілька рекордних спостережень. Сигнал GW 250114 став найчіткішим із зафіксованих і дозволив провести нові перевірки теоретичної фізики. Інший сигнал, GW 240615dg, забезпечив найточніше визначення місця події на небі.

Читайте также: Для тестування в реальних умовах. Astribot представила гуманоїдного робота T1 за $13 тисяч

Однак найбільше значення має аналіз усієї сукупності даних. Астрофізик Деніел Вільямс з Університету Глазго порівняв це з відкриттям загубленої цивілізації, яке дозволяє побачити не окремі події, а структуру цілого невідомого світу.

Статистичний аналіз показав, що маси чорних дір переважно групуються навколо двох значень — приблизно 10 і 35 мас Сонця. Якщо першу групу можна пояснити звичайною еволюцією подвійних зір, то походження другої є складнішим.

Дослідники вважають, що масивніші чорні діри можуть бути результатом так званих ієрархічних злиттів, коли нова чорна діра формується після попереднього зіткнення двох менших. Однією з ознак такого процесу є дуже висока швидкість обертання.

Банагірі зазначив, що деякі з нововиявлених чорних дір обертаються надзвичайно швидко. Для порівняння, Сонце робить один оберт приблизно за 25 днів, а якби воно оберталося з такою швидкістю, як ці чорні діри, то здійснювало б тисячі обертів за секунду.

Ще одна ознака ієрархічних злиттів — велика різниця в масі між двома чорними дірами в парі. Зазвичай об’єкти, що розвивалися разом, мають схожі маси, тому значна невідповідність може свідчити про те, що одна з чорних дір уже була результатом попереднього злиття.

Перші спостереження LIGO принесли лише три виявлення за чотири місяці. Під час останнього циклу роботи обсерваторії фіксували вже від трьох до чотирьох подій щотижня.

За словами астрофізика Еріка Трейна з Університету Монаша та OzGrav, вчені більше не досліджують окремі аномалії, а спостерігають справжнє різноманіття космічних зіткнень. Нові дані демонструють об’єкти, які є масивнішими, швидше обертаються та мають незвичніші характеристики, ніж будь-коли раніше.

Читайте также: Памела Андерсон Сейчас: Жизнь и Карьера в Современности