Астрономы, использующие двойные детекторы LIGO, расположенные в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, а также детектор Virgo, расположенный недалеко от Пизы, Италия, обнаружили гравитационные волны от самого массивного слияния двойных черных дыр, когда-либо обнаруженного. Две вращающиеся черные дыры слились, когда Вселенной было всего около 7 миллиардов лет, что составляет примерно половину ее нынешнего возраста, и образовали большую черную дыру весом в 142 раза больше массы Солнца — так называемую черную дыру промежуточной массы.
Астрономы знают, что черные дыры звездной массы - от 10 до 100 масс Солнца - являются остатками умирающих звезд, и что сверхмассивные черные дыры, более чем в 1 000 000 раз превышающие массу Солнца, населяют центры большинства галактик.
Но по всей Вселенной разбросано несколько видимых черных дыр более загадочного типа. В диапазоне от 100 до 10 000 солнечных масс эти черные дыры промежуточной массы настолько трудно измерить, что даже их существование иногда оспаривается.
Последняя черная дыра массой 142 солнечных масс, образовавшаяся в результате недавно открытого слияния, находится в этом промежуточном диапазоне масс между звездной массой и сверхмассивными черными дырами.
” С самого начала этот сигнал, который длится всего лишь десятую долю секунды, бросил нам вызов в определении его происхождения", - сказала профессор Алессандра Буонанно, исследователь из Университета Мэриленда и Института гравитационной физики Макса Планка.
"Но, несмотря на его кратковременность, мы смогли сопоставить сигнал с ожидаемым от слияния черных дыр, как это было предсказано общей теорией относительности Эйнштейна, и мы поняли, что впервые стали свидетелями рождения черной дыры средней массы от родителя черной дыры, который, скорее всего, был рожден от более раннего двойного слияния.”
Названный GW190521, гравитационно-волновой сигнал был обнаружен 21 мая 2019 года в 03: 02: 29 UTC.
Он исходил от двух черных дыр, масса которых в 85 и 66 раз превышала массу Солнца, соответственно.
Большая из двух черных дыр считается "невозможной".- Астрономы предсказывают, что звезды с массой от 65 до 130 солнечных масс подвергаются процессу, называемому парной нестабильностью, в результате чего звезда разлетается на части, не оставляя после себя ничего.
"Масса более крупной черной дыры в паре ставит ее в диапазон, где она неожиданна для обычных астрофизических процессов", - сказал профессор Питер Шоухан, ученый из Университета Мэриленда.
“Она кажется слишком массивной, чтобы образоваться из коллапсировавшей звезды, откуда обычно и появляются черные дыры.”
"Невозможная" черная дыра, образовавшаяся в результате столкновения, лежит в пустыне черных дыр между 100 и 1000 массами Солнца", - добавила профессор Сьюзан Скотт, исследователь Центра передового опыта ARC для открытия гравитационных волн (OzGrav) в Австралийском национальном университете.
“Мы очень взволнованы тем, что добились первого прямого наблюдения черной дыры средней массы в этом диапазоне масс.”
"Мы также видели, как он сформировался, подтверждая, что черные дыры промежуточной массы могут быть получены путем слияния двух меньших черных дыр.”
Сигнал GW190521, напоминающий примерно четыре коротких колебания, был чрезвычайно коротким по продолжительности, длящимся менее одной десятой секунды.
Из того, что исследователи могут сказать, он был сгенерирован источником, который находится примерно на расстоянии 5 ГПК, когда Вселенная была примерно вдвое моложе своего нынешнего возраста, а это означает, что сигнал путешествовал через космос в течение 7 миллиардов лет, прежде чем достичь Земли.
Источник GW190521 является самым удаленным источником гравитационных волн, обнаруженным до сих пор.
“Это не очень похоже на чириканье, которое мы обычно обнаруживаем”, - сказал доктор Нельсон Кристенсен, исследователь из французского Национального центра научных исследований.
- Это больше похоже на взрыв, и это самый мощный сигнал, который видели Лиго и Дева.”
Используя переходную установку Цвикки, астрономы, возможно, заметили световую вспышку от столкновения GW190521. Это удивительно, поскольку черные дыры и их слияния обычно темны для телескопов.
Согласно одной из теорий, система могла вращаться вокруг сверхмассивной черной дыры.
Новообразованная черная дыра, возможно, получила толчок от столкновения, выстрелив в новом направлении и прорвавшись через диск газа, окружающий сверхмассивную черную дыру,заставляя ее светиться.
“Существует множество различных сред, в которых могла образоваться эта система из двух черных дыр, и диск газа, окружающий сверхмассивную черную дыру, безусловно, является одним из них”, - сказал доктор Вайшали Адья, постдокторский исследователь в центре передового опыта ARC для открытия гравитационных волн (OzGrav) в Австралийском национальном университете.
“Но возможно также, что эта система состояла из двух первичных черных дыр, образовавшихся в ранней Вселенной.”
"Каждое наше наблюдение столкновения двух черных дыр дает нам новую и удивительную информацию о Жизни черных дыр во всей Вселенной.”
"Мы начинаем заполнять пробелы в массе черных дыр, которые ранее считались существующими, "невозможными" черными дырами, которые были обнаружены благодаря нашим обнаружениям.”
Результаты исследования были опубликованы в двух статьях в журнале Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.