Ученые выявили необычное закручивающееся движение на орбитах двух сталкивающихся черных дыр — экзотическое явление, предсказанное теорией гравитации Эйнштейна.
Их исследование, опубликованное в журнале "Nature" под руководством профессора Марка Ханнэма, доктора Чарли Хоя и доктора Джонатана Томпсона, сообщает, что впервые этот эффект, известный как прецессия, наблюдался в черных дырах, где кручение происходит в 10 миллиардов раз быстрее, чем в предыдущих наблюдениях.
Двойная система черных дыр была обнаружена благодаря излучению ими гравитационных волн в начале 2020 года с помощью детекторов LIGO и Virgo. Одна из черных дыр, в 40 раз массивнее Солнца, вероятно, является самой быстро вращающейся черной дырой, обнаруженной благодаря гравитационным волнам. И в отличие от всех предыдущих наблюдений, быстро вращающаяся черная дыра настолько исказила пространство и время, что вся орбита двойной системы раскачивалась назад и вперед.
Эта форма прецессии характерна для общей теории относительности Эйнштейна. Результаты исследования подтверждают ее существование в самом экстремальном физическом событии, которое мы можем наблюдать — столкновении двух черных дыр.
Более приземленный пример прецессии — это раскачивание волчка, который может раскачиваться — или прецессировать — каждые несколько секунд. С другой стороны, прецессия в OTО обычно настолько слаба, что незаметна. В самом быстром примере, ранее измеренном на орбитальных нейтронных звездах, известных как двойные пульсары, потребовалось более 75 лет, чтобы прецессировать орбиту. Двойная черная дыра в этом исследовании, широко известная как GW200129 (названная в честь ее первого наблюдения 29 января 2020 года), раскачивается несколько раз в секунду — эффект в 10 миллиардов раз сильнее, чем было измерено ранее.
Доктор Джонатан Томпсон объяснил:
Этот эффект очень трудно идентифицировать. Гравитационные волны чрезвычайно слабы, и для их обнаружения требуется самый чувствительный измерительный прибор. Прецессия — еще более слабый скрытый эффект в уже слабом сигнале, поэтому нам пришлось провести тщательный анализ, чтобы обнаружить ее.
Международная сеть детекторов гравитационных волн в настоящее время модернизируется и в 2023 году с новым размахом начнет свои поиски. Скорее всего, они обнаружат столкновения еще сотен черных дыр и расскажут ученым, был ли GW200129 редким исключением или признаком того, что наша Вселенная еще более странная, чем они предполагали.