“Карнавали” чорних дір можуть виробляти сигнали, спостережувані детекторами гравітаційних хвиль

Нове дослідження показує, що більша частина спостережуваних зіткнень бінарних чорних дір могла статися у зоряних скупченнях.

Про це розповідають в Центрі передового досвіду з виявлення гравітаційних хвиль Австралійської дослідницької ради (OzGrav), передають OstanniPodii.com.

З 2015 року колаборація LIGO-Virgo-KAGRA виявила близько 85 пар чорних дір, що врізаються одна в одну. Тепер ми знаємо, що Ейнштейн мав рацію: гравітаційні хвилі генеруються цими системами, коли вони обертаються одна навколо одної, спотворюючи простір-час своїми колосальними масами. Ми також знаємо, що ці космічні катастрофи відбуваються часто: у міру поліпшення чутливості детекторів очікується, що в наступному циклі спостережень, який почнеться 2023 року, ці події вловлюватимуться майже щодня. Що ми ще не знаємо - так це те, що викликає ці зіткнення.

Новини за подібною темою:

		Астрономи виявили чорну діру, що розриває зорю, знаходячись поза галактичним центром
		Вперше отримано зображення з двома чорними дірами, що обертаються одна навколо одної
		Астрофізики з′ясували, як чорні діри створюють потужні релятивістські джети

Чорні діри утворюються, коли вмирають масивні зорі. Як правило, ця смерть має насильницький характер - екстремальний сплеск енергії, який або руйнує, або відштовхує прилеглі об′єкти. Тому важко сформувати дві чорні діри, розташовані досить близько одна до одної, щоб вони злилися в межах віку Всесвіту. Один зі способів домогтися їхнього злиття - зіштовхнути їх у густонаселених середовищах, таких як центри зоряних скупчень.

У зоряних скупченнях чорні діри, які спочатку перебували дуже далеко одна від одної, можуть бути зіштовхнуті разом за допомогою двох механізмів:

• По-перше, існує сегрегація мас, яка призводить до того, що найбільш масивні об′єкти опускаються до середини гравітаційного потенційного колодязя. Це означає, що будь-які чорні діри, розсіяні по кластеру, повинні опинитися в центрі, утворюючи невидиме "темне ядро".
• По-друге, існують динамічні взаємодії. Якщо дві чорні діри утворюють пару в скупченні, на їхню взаємодію може вплинути гравітаційний вплив прилеглих об′єктів. Ці впливи можуть відбирати орбітальну енергію у бінарів і підштовхувати їх ближче один до одного.

Сегрегація мас і динамічні взаємодії, які можуть відбуватися у зоряних скупченнях, можуть залишити свої відбитки на властивостях бінарів, що зливаються. Однією з ключових властивостей є форма орбіти бінара безпосередньо перед його злиттям.

Оскільки злиття в зоряних скупченнях можуть відбуватися дуже швидко, орбітальні форми можуть бути доволі витягнутими - вони менше схожі на спокійне, розмірене коло, яке Земля проходить навколо Сонця, і більше нагадують стислий еліпс, яким комета Галлея мчить під час своїх візитів до Сонячної системи та з неї. Коли дві чорні діри перебувають на такій витягнутій орбіті, їхній гравітаційно-хвильовий сигнал має характерні модуляції, і його можна вивчити для пошуку підказок про місце зустрічі двох об′єктів.

Група дослідників і випускників OzGrav працює разом над вивченням орбітальних форм бінарів чорних дір. Група під керівництвом докторки Ізобель Ромеро-Шоу (яка раніше працювала в Університеті Монаша, а тепер працює в Кембриджському університеті) і професорів Пола Ласкі та Еріка Трейна з Університету Монаша виявила, що деякі з бінарів, які спостерігає колаборація LIGO-Virgo-KAGRA, дійсно мають витягнуті орбіти, що вказує на те, що вони могли зіткнутися в густонаселеному зоряному скупченні. Результати дослідження показують, що більша частина спостережуваних зіткнень бінарних чорних дір - щонайменше 35% - могла статися у зоряних скупченнях.

"Мені подобається думати про бінари чорних дір як про партнерів по танцю", - пояснює докторка Ромеро-Шоу. "Коли пара чорних дір еволюціонує разом в ізоляції, вони схожі на пару, що виконує повільний вальс наодинці в бальному залі. Це дуже контрольовано й обережно; красиво, але нічого несподіваного. На противагу цьому атмосфера карнавалу всередині зоряного скупчення, де одночасно може відбуватися безліч різноманітних танців; великі й маленькі танцювальні групи, фрістайл і безліч сюрпризів".

Хоча результати дослідження поки що не можуть точно сказати нам, де саме відбувається злиття спостережуваних бінарів чорних дір, вчені припускають, що карнавали чорних дір у центрах зоряних скупчень можуть бути важливим внеском.

Роботу було опубліковано 5 грудня в The Astrophysical Journal. Стаття має назву "Чотири ексцентричних злиття збільшують докази того, що бінарні чорні діри LIGO-Virgo-KAGRA формуються динамічно".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри