“Карнавалы” черных дыр могут производить сигналы, наблюдаемые детекторами гравитационных волн

Новое исследование показывает, что большая часть наблюдаемых столкновений бинарных черных дыр могла произойти в звездных скоплениях.

Об этом рассказывают в Центре передового опыта по обнаружению гравитационных волн Австралийского исследовательского совета (OzGrav), передают OstanniPodii.com.

С 2015 года коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA обнаружила около 85 пар черных дыр, врезающихся друг в друга. Теперь мы знаем, что Эйнштейн был прав: гравитационные волны генерируются этими системами, когда они вращаются друг вокруг друга, искажая пространство-время своими колоссальными массами. Мы также знаем, что эти космические катастрофы происходят часто: по мере улучшения чувствительности детекторов ожидается, что в следующем цикле наблюдений, который начнется в 2023 году, эти события будут улавливаться почти ежедневно. Что мы еще не знаем - так это то, что вызывает эти столкновения.

Черные дыры образуются, когда умирают массивные звезды. Как правило, эта смерть имеет насильственный характер - экстремальный всплеск энергии, который либо разрушает, либо отталкивает близлежащие объекты. Поэтому трудно сформировать две черные дыры, расположенные достаточно близко друг к другу, чтобы они слились в пределах возраста Вселенной. Один из способов добиться их слияния - столкнуть их в густонаселенных средах, таких как центры звездных скоплений.

В звездных скоплениях черные дыры, которые изначально находились очень далеко друг от друга, могут быть столкнуты вместе с помощью двух механизмов:

• Во-первых, существует сегрегация масс, которая приводит к тому, что наиболее массивные объекты опускаются к середине гравитационного потенциального колодца. Это означает, что любые черные дыры, рассеянные по кластеру, должны оказаться в центре, образуя невидимое "темное ядро".
• Во-вторых, существуют динамические взаимодействия. Если две черные дыры образуют пару в скоплении, на их взаимодействие может повлиять гравитационное влияние близлежащих объектов. Эти влияния могут отбирать орбитальную энергию у бинаров и подталкивать их ближе друг к другу.

Сегрегация масс и динамические взаимодействия, которые могут происходить в звездных скоплениях, могут оставить свои отпечатки на свойствах сливающихся бинаров. Одним из ключевых свойств является форма орбиты бинара непосредственно перед его слиянием.

Поскольку слияния в звездных скоплениях могут происходить очень быстро, орбитальные формы могут быть довольно вытянутыми - они меньше похожи на спокойный, размеренный круг, который Земля проходит вокруг Солнца, и больше напоминают сжатый эллипс, которым комета Галлея мчится во время своих визитов в Солнечную систему и из нее. Когда две черные дыры находятся на такой вытянутой орбите, их гравитационно-волновой сигнал имеет характерные модуляции, и его можно изучить для поиска подсказок о месте встречи двух объектов.

Группа исследователей и выпускников OzGrav работает вместе над изучением орбитальных форм бинаров черных дыр. Группа под руководством доктора Изобель Ромеро-Шоу (которая ранее работала в Университете Монаша, а теперь работает в Кембриджском университете) и профессоров Пола Ласки и Эрика Трейна из Университета Монаша обнаружила, что некоторые из бинаров, которые наблюдает коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA, действительно имеют вытянутые орбиты, что указывает на то, что они могли столкнуться в густонаселенном звездном скоплении. Результаты исследования показывают, что большая часть наблюдаемых столкновений бинарных черных дыр - по меньшей мере 35% - могла произойти в звездных скоплениях.

"Мне нравится думать о бинарах черных дыр как о партнерах по танцу", - объясняет доктор Ромеро-Шоу. "Когда пара черных дыр эволюционирует вместе в изоляции, они похожи на пару, исполняющую медленный вальс наедине в бальном зале. Это очень контролируемо и осторожно; красиво, но ничего неожиданного. В противоположность этому атмосфера карнавала внутри звездного скопления, где одновременно может происходить множество разнообразных танцев; большие и маленькие танцевальные группы, фристайл и множество сюрпризов".

Хотя результаты исследования пока не могут точно сказать нам, где именно происходит слияние наблюдаемых бинаров черных дыр, ученые предполагают, что карнавалы черных дыр в центрах звездных скоплений могут быть важным вкладом.

Работа была опубликована 5 декабря в The Astrophysical Journal. Статья называется "Четыре эксцентричных слияния увеличивают доказательства того, что бинарные черные дыры LIGO-Virgo-KAGRA формируются динамически".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.