Беспрецедентный сигнал от объектов неравномерного размера дает астрономам редкое представление о том, как вращаются черные дыры.
Давид Кастельвекки, журнал "Природа", 21 апреля 2020 г.
Это столкновение черных дыр только что сделало гравитационные волны еще более интересными.
Визуализация столкновения между двумя черными дырами разного размера. (Институт гравитационной физики им. Макса Планка), Моделирование взаимодействия в экстремальных космических пространствах (SXS).
Гравитационно-волновые астрономы впервые обнаружили столкновение между двумя черными дырами существенно отличающимися по массе, открывающими новый взгляд на астрофизику и физику гравитации. Это событие дает первые неоспоримые доказательства из этих слабых пульсаций пространства-времени, что, по крайней мере, одна черная дыра вращалась перед слиянием, давая астрономам редкое представление о ключевом свойстве этих темных объектов.
"Это исключительное событие", - сказала Майя Фишбах, астрофизик из Чикагского университета в Иллинойсе. Похожие слияния, по которым были опубликованы данные, происходили между черными дырами с примерно одинаковой массой, так что этот новый случай резко расстраивает эту закономерность, говорит она. Столкновение было обнаружено в прошлом году, и было обнародовано 18 апреля Фишбахом и ее сотрудниками на виртуальной встрече Американского физического общества, проведенной полностью в режиме онлайн из-за пандемии коронавируса.
Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) - пара двойных детекторов, расположенных в Хэнфорде, Вашингтон, и Ливингстоне, Луизиана, а также обсерватория "Дева" недалеко от Пизы, Италия, с высокой степенью уверенности обнаружили это событие, идентифицированное как GW190412, 12 апреля 2019 года. Сотрудничество LIGO-Virgo, в которое входит и Fishbach, разместило свои результаты на сервере препринтов arXiv.
LIGO сделал первое открытие гравитационных волн в сентябре 2015 года, обнаружив пульсации пространства-времени от двух сливающихся черных дыр. Впоследствии LIGO, к которой присоединилась Дева, сделала еще десять детекций в двух наблюдательных прогонах, завершившихся в 2017 году: еще девять слияний черных дыр и одно столкновение двух нейтронных звезд, что помогло объяснить происхождение тяжелых химических элементов Вселенной.
Третья, последняя, пробежка началась 1 апреля 2019 года и завершилась 27 марта 2020 года с месячным перерывом в октябре. Значительно улучшенная чувствительность позволила сети накапливать еще около 50 "событий-кандидатов" со скоростью примерно по одному в неделю. До сих пор международное сотрудничество открыло только одно событие из этого периода наблюдений - второе слияние двух нейтронных звезд, получившее название GW190425, которое было выявлено в январе.
ИСКАЖЁННОЕ ПРОСТРАНСТВО
Последнее событие уникально. Одна из двух черных дыр, которые слились, имела массу около 8 масс Солнца, а другая была более чем в 3 раза больше, при 31 массе Солнца. Этот дисбаланс заставил большую черную дыру исказить пространство вокруг нее, поэтому траектория другой дыры отклонилась от идеальной спирали. Это видно по гравитационным волнам, которые создавались по мере того, как объекты вращались друг в друга. Все другие события слияния, которые были открыты, породили волну, которая образует похожую форму "чириканья", которая увеличивает как интенсивность, так и частоту вплоть до момента столкновения. Но GW190412 был другим: его интенсивность не просто возрастала, как в щебетании. "Это делает эту систему очень интересной, просто глядя на морфологию сигнала", - сказал Фишбах.
Физики с нетерпением ждали таких "не ванильных" событий, потому что они предоставляют новые, более точные способы проверки теории гравитации Альберта Эйнштейна, общей теории относительности. "Мы находимся в новом режиме тестирования общей теории относительности", - сказал Максимилиано Иси из Массачусетского технологического института в Кембридже, другой член LIGO, который выступал на встрече.
В частности, исследователи смогли использовать эти данные для выявления "вращения" черных дыр. "Мы с уверенностью знаем, что этот тяжелый объект должен был вращаться", - сказал Иси. Предыдущие события оставили исследователей в недоумении: наблюдения черных дыр в Млечном Пути наводили на мысль о том, что черные дыры должны иметь высокие спины, но это не проявилось в гравитационно-волновых данных первых двух прогонов.
ДОБАВЛЕНИЕ
Астрофизики надеются, что детектирование спинов может пролить свет на то, как черные дыры образовались и пришли на орбиту друг друга. Более богатая информация в асимметричных слияниях помогает более точно измерить расстояние события от Млечного Пути. Накопление множества таких измерений может дать новый способ картирования истории расширения Вселенной.
