Астрофизики из Университета Глазго сообщили о публикации нового крупного каталога гравитационно-волновых событий, который называют важным этапом в развитии этой области науки. Исследователи из Института гравитационных исследований представили каталог Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0, или GWTC-5. Он размещен в открытом доступе, а научные статьи по его материалам опубликованы в журналах Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters.
● NASA зафиксировала рекордный солнечный радиовсплеск длительностью 19 дней
В новый каталог вошли данные о 161 ранее не описанном сигнале от слияний черных дыр. Эти сигналы были зарегистрированы с апреля 2024 года до конца января 2025 года детекторами LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, которые работают в составе международной коллаборации LVK. После выхода этого обновления общее число зарегистрированных гравитационных волн достигло 390.
Среди главных результатов нового выпуска названы признаки существования черных дыр второго поколения, самая точная за все время локализация источника гравитационных волн на небе, а также первое измерение 3 колебательных мод черной дыры. Этот каталог уже рассматривают как одну из самых заметных работ последних лет в гравитационно-волновой астрономии.
Ученые из Университета Глазго участвуют в таких исследованиях с 1970-х годов. Именно они руководили созданием особо чувствительных подвесок зеркал, которые находятся в основе американских детекторов LIGO и делают возможной регистрацию таких слабых сигналов. После первого прямого обнаружения гравитационных волн в сентябре 2015 года специалисты продолжают вместе с коллегами улучшать работу приборов и методы обработки данных. По мере роста чувствительности оборудования число регистраций также увеличивается.
● Телескоп Hubble нашел тысячи галактик там, где раньше видели почти ничто
Во время циклов наблюдений детекторы коллаборации сейчас фиксируют в среднем 3–4 сигнала в неделю. Периоды сбора данных чередуются с этапами настройки и модернизации оборудования. Поэтому каталог, в который включают проверенные события и параметры их источников, обычно обновляют примерно 1 раз в 6 месяцев.
По словам научного сотрудника Института гравитационных исследований Дэниела Уильямса, это обновление еще сильнее расширило знания о Вселенной и дало новые данные о самых труднодоступных для наблюдения объектах — сталкивающихся черных дырах. Он отметил: «Всего 10 лет назад было сделано первое обнаружение гравитационных волн от одного из таких событий, и то, что сегодня ученые регистрируют и анализируют уже сотни сигналов, стало результатом работы большого числа исследователей по всему миру».
Отдельно в работе выделено событие GW240615, которое зарегистрировали 15 июня 2024 года два американских детектора LIGO и итальянский Virgo. Для этого источника удалось добиться рекордной точности определения положения на небе. Область поиска составила всего 6 квадратных градусов, что для таких наблюдений считается очень небольшим участком небесной сферы. Сам сигнал возник при слиянии 2 черных дыр массой примерно 26 и 30 масс Солнца на расстоянии более 3 млрд световых лет от Земли.
● «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» изучили почти 9000 молодых звездных скоплений
Обновленный каталог используют и для оценки скорости расширения Вселенной, которую описывает постоянная Хаббла. Гравитационные волны позволяют определить расстояние до места слияния либо по самому сигналу, либо по галактике, в которой произошло это событие. Одним из важных отличий GWTC-5 стало возвращение в работу детектора Virgo, который не участвовал в предыдущем цикле наблюдений. Благодаря этому источники на небе удается определять заметно точнее, а значит, проще находить галактики, где произошли слияния.
Расширенный набор наблюдений позволил задействовать в таком анализе 236 сигналов, что почти в 2 раза больше, чем раньше. Каждый отдельный сигнал добавляет немного информации, но вместе они дают намного более точный результат. В Глазго для этой задачи создали и проверили программное обеспечение, которое позволяет проводить расчеты более чем в 1000 раз быстрее даже при постоянном росте числа событий в каталоге.
В опубликованном каталоге есть и самый четкий гравитационно-волновой сигнал за всю историю наблюдений. Речь идет о событии GW250114, которое достигло Земли 14 января 2025 года. Оно возникло после слияния 2 черных дыр массой 32 и 34 массы Солнца на расстоянии более 1 млрд световых лет. Соотношение сигнала и шума для него составило 76,9, что стало рекордом.
● Военный проект США неожиданно привел к открытию вспышек из дальнего космоса
Именно высокая четкость GW250114 дала возможность провести самое точное на сегодня испытание общей теории относительности и подтвердить теорему Стивена Хокинга о площади горизонта событий черной дыры. Доктор Джон Вейтч из Университета Глазго пояснил, что по этому сигналу удалось сравнить искривленное пространство-время до и после слияния и установить, что суммарная площадь горизонтов событий увеличилась так, как это и следует из законов механики черных дыр. Он отметил: «После слияния итоговая черная дыра как бы звенит, излучая уже не звук, а гравитационные волны. Анализ этого сигнала показал, что при уносе энергии гравитационными волнами полная энтропия черных дыр все равно возрастает, как требует второй закон термодинамики».
Еще 2 примечательных события были обнаружены в октябре и ноябре 2024 года с интервалом около 1 месяца. Это GW241011 и GW241110, произошедшие примерно в 700 млн и 2,4 млрд световых лет от Земли. Их особенности, прежде всего высокая скорость вращения черных дыр и неравенство масс, указывают на то, что эти объекты могли относиться к черным дырам второго поколения. Такой термин используют для черных дыр, которые сами появились после предыдущих слияний.
Предполагается, что подобные объекты формируются в очень плотных областях космоса, например в звездных скоплениях, где черные дыры чаще сталкиваются и сливаются повторно. Рост числа наблюдений позволил ученым не только изучать отдельные события, но и лучше понимать свойства целых групп таких объектов.
Одна из сопровождающих каталог статей посвящена именно популяции источников. В этом анализе были изучены 267 источников, включая 104 новых наблюдения. Такой набор данных дал возможность надежнее оценить массы, расстояния и параметры вращения двойных черных дыр, а также проверить, как эти свойства связаны между собой.
Исследователи установили, что черные дыры из разных диапазонов масс отличаются и по параметрам вращения. Это указывает на существование нескольких путей их образования. Ранее такая закономерность уже намечалась, но новые данные сделали картину более уверенной. События GW241011 и GW241110 особенно важны потому, что у них хорошо измерены высокие значения вращения и заметная разница масс, а это говорит в пользу того, что более массивная черная дыра в каждой паре возникла не прямо из звезды, а после предыдущего слияния 2 черных дыр.
Авторы работы считают, что признаки таких объектов видны не только в отдельных редких событиях, но и во всей совокупности наблюдений. Это означает, что GW241011 и GW241110 не выглядят исключением. Новые измерения постепенно позволяют выстроить более ясную картину происхождения двойных черных дыр и нейтронных звезд. Впереди ожидаются новые циклы наблюдений и дальнейшее повышение чувствительности детекторов, что должно дать еще более точные данные по каждому источнику и заметно увеличить число событий в будущих каталогах.
Читайте также:
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа