Примерно в 7 миллиардах световых лет от нас две черные дыры вращались все ближе и ближе друг к другу в течение эонов, пока не столкнулись с яростным грохотом, создав при этом новую черную дыру. Это возмущение в космосе заставило пространство-время растягиваться, сжиматься и даже колебаться, создавая рябь, известную как гравитационные волны, которые достигли нашей земной обители 21 мая 2019 года.
Используя LIGO (Гравитационно-волновую обсерваторию лазерной интерферометрии), пару идентичных интерферометров длиной две с половиной мили в Соединенных Штатах и Virgo, детектор длиной около двух миль в Италии, международная группа ученых объявила в среду, что они обнаружили это космическое столкновение, и оно в превосходной степени: это самое большое, самое дальнее и самое энергичное слияние черных дыр, наблюдавшееся на сегодняшний день. Это также первое определенное наблюдение черной дыры среднего размера, примерно в 142 раза массивнее Солнца, возникшей в результате слияния черных дыр. Результаты были опубликованы в среду в статье с подробным описанием открытия в журналах Physical Review и в другой статье с подробным описанием последствий события в Astrophysical Journal Letters.
Сигнал слияния, названный GW190521, длился всего десятую долю секунды — но ученые сразу поняли, что он был необычным по сравнению с низким звуком двух сталкивающихся черных дыр, обнаруженным LIGO в 2015 году, что подтвердило невыразимые представления Эйнштейна о пространстве-времени. “Это самый мощный взрыв со времен Большого взрыва, который когда-либо наблюдало человечество”, - говорит Алан Вайнштейн, астроном Калифорнийского технологического института, принимавший участие в исследовании. Это может дать ключ к разгадке того, почему Вселенная выглядит именно так.
Компьютерные алгоритмы проанализировали сигнал, в конечном счете позволив ученым точно определить массы при слиянии и количество выделившейся энергии. Две черные дыры-прародительницы массой около 66 и 85 масс Солнца слились в черную дыру с массой 142 Солнца. Оставшиеся восемь масс Солнца были бы преобразованы в энергию гравитационных волн.
До сих пор ученым удавалось обнаруживать и косвенно наблюдать черные дыры в двух различных диапазонах размеров: черные дыры звездной массы, масса которых составляет от нескольких масс Солнца до десятков масс Солнца, и сверхмассивные черные дыры, масса которых в сотни тысяч и несколько миллиардов раз превышает массу нашего солнца. Однако астрономы, обнаружившие GW190521, стали свидетелями рождения особой разновидности черных дыр: черных дыр ”средней массы". Было обнаружено несколько потенциальных промежуточных черных дыр, но это первое прямое доказательство их существования.
Этот странный сигнал был получен в результате слияния двух одинаково странных черных дыр: более тяжелая из двух сливающихся черных дыр, масса которой составляет 85 масс Солнца, является первой черной дырой, обнаруженной на данный момент непосредственно в так называемом “разрыве масс парной нестабильности”. Звезда, которая коллапсирует, не должна быть способна образовать черную дыру в диапазоне от 65 до 120 масс Солнца, потому что самые массивные звезды уничтожаются сверхновой, которая возникает одновременно с их коллапсом. По словам Вайнштейна, возможным объяснением может быть то, что астрономы называют иерархическими слияниями — когда более легкие черные дыры звездной массы сливаются с более тяжелыми, которые затем сливаются с еще более тяжелыми, ” консолидируясь до тех пор, пока не превратятся в гигантские черные дыры.
Астрофизик К.Э. Саавик Форд из Центра аспирантуры Городского университета Нью-Йорка, который не принимал участия в исследовании, говорит, что это открытие особенно захватывающее: “Это мост между черными дырами, которые образуются непосредственно при коллапсе звезд, и сверхмассивными черными дырами, которые мы находим в центрах галактик”. Как отмечает Саавик Форд, на самом деле очень сложно осуществить иерархические слияния, поскольку остатки черных дыр должны найти друг друга, а затем слиться воедино. “На это уходит много-много-много жизней Вселенной при любых нормальных обстоятельствах, - говорит Саавик Форд, - так что это должно было произойти в очень плотной звездной среде“, такой как активное ядро галактики или AGN.
Ранее этим летом Саавик Форд и ее команда опубликовали статью о слиянии черных дыр, взрывающемся со светом, исходящим из той же части неба, что и описанная на этой неделе. Хотя между вспышкой и сливающимися черными дырами, описанными в недавних статьях, может быть связь, Форд ждет, когда будет опубликован полный набор данных с новыми открытиями, чтобы получить некоторые ответы.
Прямо сейчас LIGO и Virgo не ведут наблюдений, но два объекта вернутся в строй к концу следующего года с некоторыми обновлениями. Гравитационно-волновые астрономы, такие как Вайнштейн, надеются, что эти земные детекторы гравитационных волн станут еще более чувствительными, чтобы исследовать более удаленные источники и заглянуть дальше в прошлое в эволюции Вселенной.
