Далеко в глубинах космоса две черные дыры по спирали наворачиваются друг на друга и сливаются. Мощные гравитационные волны от этого танца смерти бороздят по космосу до тех пор, пока их рябь не достигнет трех гигантских детекторов на Земле: два с лазерной интерферометрической обсерваторией гравитационных волн (LIGO) и европейским детектором Девы.
Детекторы зафиксировали десятки таких катаклизмов за последние 5 лет, но 21.05.2019 г. все было иначе. Мало того, что это было самое мощное и отдаленное слияние из когда-либо виденных, образовавшаяся в результате черная дыра также принадлежит к классу давно ожидаемых черных дыр среднего веса, как сообщают участники коллаборации LIGO-Virgo сегодня в двух новых исследованиях. Однако удивительно то, что две слившиеся черные дыры тяжелее, чем ожидалось: их массы падают в пропасть, в которой, по мнению теоретиков, невозможно создать черную дыру обычным путем коллапсирующей звезды.
Черные дыры звездного класса обычно образуются, когда у большой звезды заканчивается ядерное топливо и останавливается взбалтывающий двигатель света и тепла. Без этого внешнего давления внешние слои звезды рушатся под действием силы тяжести, вызывая колоссальную сверхновую и оставляя после себя черную дыру. Но у самых больших звезд коллапс еще более катастрофичен, вызывая неуправляемый термоядерный взрыв, который разрушает звезду и ничего не оставляет после себя. Теоретически это означает, что масса черной дыры должна быть обрезана примерно на уровне 65 солнечных масс.
Обнаруженные LIGO и Virgo в мае 2019 года черные дыры в значительной степени поддерживали это массовое сокращение. Затем последовало событие, известное как GW190521, которое длилось всего одну десятую секунды. Это не было обнаружено обычными алгоритмами, которые сканируют бинарные слияния (которые обычно длятся в несколько раз дольше), но было обнаружено отдельным конвейером, который ищет «вещи, которые идут вразрез», - говорит Нельсон Кристенсен, физик из Кот-д'Ивуара. Обсерватория d'Azur в Ницце и член команды LIGO-Virgo.
Хотя сигнал был коротким - всего четыре волновых цикла вверх и вниз, - команда все же могла анализировать его, анализируя его амплитуду, форму и то, как его частота менялась с течением времени. «Это было очень трудно интерпретировать», - говорит член группы Алессандра Буонанно, директор Института гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна). «Мы потратили много времени, убеждая себя доверять тому, что мы обнаружили».
Черная дыра, масса которой равна массе 142 Солнца мгновенно помещает ее в отдельный класс. Если астрономам давно известны более мелкие черные дыры и гиганты в галактических центрах, состоящих из миллионов или миллиардов Солнц, то дыры среднего размера - от 100 до 100 000 солнечных масс - заметно отсутствовали. Астрономы считают, что они необходимы в качестве строительных блоков для сверхмассивных черных дыр, и есть косвенные доказательства их существования, но это может быть наиболее убедительным наблюдением, хотя и в самом низу диапазона. «Это всего лишь намек на то, что в этом диапазоне масс что-то есть», - говорит астрофизик Ави Лоеб из Гарвардского университета, который не принимал участия в исследовании.
LIGO и Дева модернизируются и в 2022 году собираются возобновить наблюдения с повышенной чувствительностью, что позволит им исследовать в три раза больше космоса. Обнаружение большего числа таких крупных слияний «научит нас астрофизике таких звездных питомников. Чем больше у нас событий, тем больше ключей к разгадке их происхождения», - говорит Леб.
Ставьте лайки, подписывайтесь на канал
