Физики впервые смоделировали эхо столкновения черных дыр

Когда две черные дыры сталкиваются, они не просто сливаются в один объект — они создают гравитационные волны, колебания пространства-времени, которые можно сравнить с ударом колокола, разлетающимся по всей Вселенной. Но ученые давно подозревали, что за этим первичным «звуком» следует слабое второе эхо — медленный гул, который пространство-время издает, когда пытается вернуться в исходное состояние. До сих пор его никто не наблюдал в реальности, лишь предсказывал теоретически. Моделирование хвостов Международная команда исследователей впервые смогла детально смоделировать это «эхо» — так называемые хвосты гравитационных волн позднего периода. «До настоящего времени мы видели хвосты только в упрощенных моделях, где учитывались отдельные частоты. В наших симуляциях с полным численным решением уравнений общей теории относительности они отчетливо проявились», — говорит Лео Стейн, доцент Университета Миссисипи. Проект включал 20 ученых, среди которых Марина Де Амичис из Института теоретической физики «Периметр». Их работа опубликована в Physical Review Letters. Что такое хвост гравитационной волны? Представьте, что вы бросаете камень в воду. Первые волны разбегаются быстро, но затем появляются слабые круги, уходящие далеко за основное колебание. В случае черных дыр первичная гравитационная волна — это удар колокола, а хвост — это долгий «стон» пространства-времени, низкочастотный и почти непрерывный. «Первоначальные колебания рассеиваются за секунды, а хвост может длиться намного дольше. Он содержит информацию не только о черных дырах, но и о структуре пространства вокруг них», — объясняет Де Амичис. Почему такие хвосты трудно заметить Низкочастотные сигналы легко искажаются и накладываются друг на друга. Чтобы увидеть хвосты в симуляциях, исследователи моделировали почти прямое, лобовое столкновение черных дыр — редкий сценарий, позволяющий «усилить» хвосты. «Это как на музыкальной репетиции: если все играют тихо, отдельные инструменты слышны плохо. Если включить громкость, можно разобрать каждый звук», — поясняет Стейн. «Хвосты дают уникальную информацию о том, как устроена Вселенная на больших масштабах», — добавляет Де Амичис Такие симуляции помогают понять, как пространство-время реагирует на сильнейшее искажение и возвращается в равновесие. Связь с теорией Эйнштейна Кроме того, хвосты подтверждают общую теорию относительности. «В плоском пространстве-времени таких хвостов не бывает. Они появляются только там, где пространство может искривляться, как предсказывал Эйнштейн», — говорит Стейн. Гравитационные волны впервые предсказаны в 1915 году и зарегистрированы только в 2015-м с помощью детекторов LIGO и Virgo. Хвосты позволяют исследователям анализировать не только сами черные дыры, но и среду вокруг них — плотность газа, движение материи, даже остатки звезд. Практическое значение Изучение хвостов помогает лучше понимать эволюцию черных дыр, их влияние на галактики и структуру пространства-времени. «Теперь мы можем добавлять в модели орбитальные движения, смотреть, как хвосты ведут себя при более реалистичных сценариях», — отмечает Де Амичис. Хвосты также дают возможность косвенно оценивать скорость и направление движения объекта после слияния, что важно для понимания взаимодействия черных дыр с окружающей средой. Таким образом, новые симуляции не только демонстрируют редкий эффект, но и открывают окно для изучения Вселенной в мельчайших деталях. Хвосты, как тихий «голос» пространства-времени, дополняют данные первичных гравитационных волн и помогают построить полную картину того, что происходит в экстремальных условиях черных дыр. Ученые впервые отследили, куда полетела черная дыра после столкновения Во Вселенной нашли уникальный «тройной маяк» из черных дыр Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram ]]>