“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.

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.