Виявлено злиття чорних дір, яке ставить під сумнів сучасні астрофізичні моделі

Детектори LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) виявили злиття наймасивніших чорних дір, які коли-небудь спостерігалися за допомогою гравітаційних хвиль. Подія ставить під сумнів наше розуміння утворення чорних дір.

Про це розповідають в Каліфорнійському технологічному інституті (Калтех), передають OstanniPodii.com.

LIGO, Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія, увійшла в історію у 2015 році, коли вперше безпосередньо виявила гравітаційні хвилі, брижі в просторі-часі. У тому випадку хвилі виходили від злиття чорних дір, в результаті якого утворилася чорна діра з масою у понад 62 наших Сонць.

З того часу команда LIGO об′єдналася з партнерами з детекторів Virgo в Італії та KAGRA (Детектор гравітаційних хвиль Каміоки) в Японії, щоб сформувати колаборацію LVK. Ці детектори спільно спостерігали близько 300 злиттів чорних дір.

До цього наймасивніше зі спостережуваних злиття чорних дір, яке відбулося у 2021 році під назвою GW190521, мало загальну масу, в 140 разів більшу за масу Сонця.

У більш недавній події GW231123 чорна діра масою 225 сонячних мас була створена в результаті злиття чорних дір, кожна з яких мала масу приблизно в 100 і 140 разів більшу за масу Сонця.

На додачу до своєї великої маси, чорні діри також швидко обертаються.

«Це наймасивніша подвійна чорна діра, яку ми спостерігали за допомогою гравітаційних хвиль, і вона ставить під сумнів наше розуміння утворення чорних дір», — каже Марк Ханнам з Кардіффського університету, член колаборації LVK. «Чорні діри такої маси не допускаються стандартними моделями еволюції зірок. Однією з можливих причин є те, що дві чорні діри в цій подвійній системі утворилися в результаті попереднього злиття менших чорних дір».

Дейв Рейтц, виконавчий директор LIGO в Калтех, каже: «Це спостереження ще раз демонструє, як гравітаційні хвилі унікальним чином розкривають фундаментальну та екзотичну природу чорних дір у всьому Всесвіті».

Рекордна система

Висока маса та надзвичайно швидке обертання чорних дір у GW231123 розширюють межі як технології виявлення гравітаційних хвиль, так і сучасних теоретичних моделей. Для отримання точної інформації із сигналу було необхідно використовувати моделі, що враховують складну динаміку чорних дір, які обертаються з великою швидкістю.

«Чорні діри, як вбачається, обертаються дуже швидко — майже на межі, дозволеній теорією загальної відносності Ейнштейна», — пояснює Чарлі Хой з Університету Портсмута, член LVK. «Це ускладнює моделювання та інтерпретацію сигналу. Це чудовий приклад для просування розвитку наших теоретичних інструментів».

Дослідники продовжують вдосконалювати свій аналіз і поліпшувати моделі, які використовуються для інтерпретації таких екстремальних подій. «Спільноті знадобиться кілька років, щоб повністю розгадати цю складну структуру сигналу та всі її наслідки», — каже Грегоріо Карулло з Бірмінгемського університету, член LVK. «Попри те, що найімовірнішим поясненням залишається злиття чорних дір, більш складні сценарії можуть бути ключем до розшифрування його несподіваних особливостей. Попереду нас чекають захопливі часи!»

Дослідження меж гравітаційно-хвильової астрономії

Детектори гравітаційних хвиль, такі як LIGO, Virgo та KAGRA, призначені для вимірювання найменших викривлень у просторі-часі, спричинених бурхливими космічними подіями. Поточний цикл спостережень розпочався у травні 2023 року, а додаткові спостереження за першу половину циклу (до січня 2024 року) будуть опубліковані пізніше влітку.

«Ця подія виводить наші можливості в області приладобудування та аналізу даних на межу того, що є можливим на даний момент», — каже Софі Біні, докторант Калтеху та член LVK. «Це яскравий приклад того, скільки ми можемо дізнатися з гравітаційно-хвильової астрономії — і скільки ще залишається відкрити».

Доповідь про подію GW231123 буде представлено на 24-й Міжнародній конференції із загальної теорії відносності та гравітації (GR24) та 16-й конференції Едоардо Амальді з гравітаційних хвиль, які відбудуться спільно на зустрічі GR-Amaldi в Глазго (Шотландія, Велика Британія) 14–18 липня 2025 року. Калібровані дані, використані для виявлення та дослідження GW231123, будуть доступні для аналізу іншими дослідниками через Центр відкритих досліджень гравітаційних хвиль (GWOSC).

• Чорні діри
• гравітаційна хвиля
• LIGO