Астрономы впервые проследили за гравитационным "качанием" орбит двойных черных дыр

Исследователям пришлось подождать пять лет и проанализировать свыше 80 событий

ТАСС, 12 октября. Астрономы впервые стали свидетелями того, как гравитационные взаимодействия двух черных дыр привели к необычно сильным и быстрым "качаниям" их орбит в результате появления мощнейших искажений в структуре пространства-времени. Об этом в среду сообщила пресс-служба британского Кардиффского университета.

"Мы всегда думали, что данный эффект должен возникать в парах черных дыр и надеялись, что нам удастся открыть его уже в первых сигналах о слияниях черных дыр, которые были обнаружены LIGO и ViRGO. В реальности, нам пришлось подождать пять лет и проанализировать свыше 80 событий до того, как подобные данные были все же получены", - заявил профессор Кардиффского университета (Великобритания) Марк Хэннэм, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Теория относительности предсказывает, что любой вращающийся массивный объект особым образом "закручивает" пространство вокруг себя. При достаточно большой массе и плотности объекта, этот феномен, так называемый эффект Лензе-Тирринга, будет заставлять качаться в стороны орбиты и оси вращения любых тел и частиц, которые движутся вокруг этого скопления массы.

За последние годы астрономы открыли сразу несколько возможных примеров проявления эффекта Лензе-Тирринга во время наблюдений за микроквазарами и парами нейтронных звезд в нашей галактике. В частности, первые замеры его силы были проведены три года назад во время наблюдений за тем, как свет искривляется под действием притяжения черной дыры V404, расположенной в созвездии Лебедя на расстоянии в 7,8 тыс. световых лет от Земли.

По словам профессора Хэннэм, ученых давно интересует то, как эффект Лензе-Тирринга и похожий на него эффект де Ситтера, искривляющий пространство вокруг неподвижных сверхплотных и массивных объектов, влияют на положение орбит и характер движения черных дыр на последних фазах их слияния. Периодические "качания" в траекториях движения черных дыр, как предполагают ученые, должны особым образом влиять на свойства гравитационных волн, порождаемых в процессе сближения этих объектов.

Поиски "качающихся" черных дыр

Вопреки ожиданиям астрономов, им не удалось быстро обнаружить проявления эффектов Лензе-Тирринга и де Ситтера в ходе первых этапов работы телескопов LIGO и ViRGO, что было потенциально связано с низкой скоростью вращения обнаруженных ими пар черных дыр. Вместо этого профессор Хэннэм и его коллеги обнаружили первые следы "качаний" орбит лишь за два месяца до завершения последней сессии наблюдений на LIGO и ViRGO, которые были прерваны в марте 2020 года из-за пандемии COVID-19.

Неожиданно позднее открытие, как отметил исследователь, при этом было более чем компенсировано крайне необычным поведением орбит пары черных дыр GW200129, открытых LIGO и ViRGO в январе 2020 года на расстоянии в 2,78 млрд. световых лет от Земли. Эти объекты массой в 39 и 22 Солнца вращались по орбитам, чье положение периодическим образом смещалось относительно друг друга примерно три раза в секунду.

Данный показатель примерно в 10 миллиардов раз больше, чем типичные скорости "качания" орбит уже изученных пар нейтронных звезд, на которые действуют эффекты Лензе-Тирринга и де Ситтера. По мнению астрономов, это связано с тем, что более крупная черная дыра в паре GW200129 движется вокруг своей оси почти со скоростью света, благодаря чему ее вращение особенно сильно искажает структуру пространства-времени.

Пока астрономы не могут сказать, как возникла подобная экстремальная пара черных дыр, а также не могут предположить, что могло "раскрутить" одну из ее половин до экстремально высокой скорости. Возобновление наблюдений на LIGO и ViRGO в следующем году, как надеются профекссор Хэннэм и его коллеги, даст первые ответы на эти вопросы.