Обнаружено слияние черных дыр, ставящее под сомнение современные астрофизические модели

Детекторы LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) обнаружили слияние самых массивных черных дыр, которые когда-либо наблюдались с помощью гравитационных волн. Событие ставит под сомнение наше понимание образования черных дыр.

Об этом рассказывают в Калифорнийском технологическом институте (Калтех), передают OstanniPodii.com.

LIGO, Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, вошла в историю в 2015 году, когда впервые непосредственно обнаружила гравитационные волны, рябь в пространстве-времени. В том случае волны исходили от слияния черных дыр, в результате которого образовалась черная дыра с массой более 62 наших Солнц.

С тех пор команда LIGO объединилась с партнерами из детекторов Virgo в Италии и KAGRA (Детектор гравитационных волн Камиоки) в Японии, чтобы сформировать коллаборацию LVK. Эти детекторы совместно наблюдали около 300 слияний черных дыр.

До этого самое массивное из наблюдаемых слияний черных дыр, которое произошло в 2021 году под названием GW190521, имело общую массу, в 140 раз превышающую массу Солнца.

В более недавнем событии GW231123 черная дыра массой 225 солнечных масс была создана в результате слияния черных дыр, каждая из которых имела массу примерно в 100 и 140 раз большую, чем масса Солнца.

В дополнение к своей большой массе, черные дыры также быстро вращаются.

«Это самая массивная двойная черная дыра, которую мы наблюдали с помощью гравитационных волн, и она ставит под сомнение наше понимание образования черных дыр», — говорит Марк Ханнам из Кардиффского университета, член коллаборации LVK. «Черные дыры такой массы не допускаются стандартными моделями эволюции звезд. Одной из возможных причин является то, что две черные дыры в этой двойной системе образовались в результате предыдущего слияния меньших черных дыр».

Дейв Рейтц, исполнительный директор LIGO в Калтех, говорит: «Это наблюдение еще раз демонстрирует, как гравитационные волны уникальным образом раскрывают фундаментальную и экзотическую природу черных дыр во всей Вселенной».

Рекордная система

Высокая масса и чрезвычайно быстрое вращение черных дыр в GW231123 расширяют границы как технологии обнаружения гравитационных волн, так и современных теоретических моделей. Для получения точной информации из сигнала было необходимо использовать модели, учитывающие сложную динамику черных дыр, вращающихся с большой скоростью.

«Черные дыры, как представляется, вращаются очень быстро — почти на пределе, допустимом теорией общей относительности Эйнштейна», — объясняет Чарли Хой из Университета Портсмута, член LVK. «Это затрудняет моделирование и интерпретацию сигнала. Это отличный пример для продвижения развития наших теоретических инструментов».

Исследователи продолжают совершенствовать свой анализ и улучшать модели, которые используются для интерпретации таких экстремальных событий. «Сообществу понадобится несколько лет, чтобы полностью разгадать эту сложную структуру сигнала и все ее последствия», — говорит Грегорио Карулло из Бирмингемского университета, член LVK. «Несмотря на то, что наиболее вероятным объяснением остается слияние черных дыр, более сложные сценарии могут быть ключом к расшифровке его неожиданных особенностей. Впереди нас ждут увлекательные времена!»

Исследование границ гравитационно-волновой астрономии

Детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, предназначены для измерения малейших искривлений в пространстве-времени, вызванных бурными космическими событиями. Текущий цикл наблюдений начался в мае 2023 года, а дополнительные наблюдения за первую половину цикла (до января 2024 года) будут опубликованы позже летом.

«Это событие выводит наши возможности в области приборостроения и анализа данных на предел того, что возможно на данный момент», — говорит Софи Бини, докторант в Калтех и член LVK. «Это яркий пример того, сколько мы можем узнать из гравитационно-волновой астрономии — и сколько еще остается открыть».

Доклад о событии GW231123 будет представлен на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) и 16-й конференции Эдоардо Амальди по гравитационным волнам, которые состоятся совместно на встрече GR-Amaldi в Глазго (Шотландия, Великобритания) 14–18 июля 2025 года. Калиброванные данные, использованные для обнаружения и исследования GW231123, будут доступны для анализа другими исследователями через Центр открытых исследований гравитационных волн (GWOSC).

• Черные дыры
• гравитационная волна
• LIGO