Художественное изображение слияния двух чёрных дыр, которое можно наблюдать на Земле благодаря гравитационным волнам, возникающим при столкновении
- Источник:
Victor de Schwanberg/SPL
Физики зафиксировали крупнейшее в истории слияние сталкивающихся черных дыр. Их масса слишком велика, чтобы физики могли легко ее объяснить. Это открытие имеет большое значение для понимания исследователями того, как такие объекты формируются во Вселенной.
Открытие было сделано Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO), состоящей из двух детекторов в США.
LIGO регистрирует гравитационные волны, направляя лазерные лучи на длинные L-образные зеркала. Незначительные изменения в длине зеркал указывают на прохождение гравитационных волн через планету. Волны представляют собой рябь в пространстве-времени, вызванную ускорением массивных тел, например при слиянии двух сближающихся черных дыр или нейтронных звезд.
Сотни таких слияний были зафиксированы с помощью гравитационных волн с момента первого обнаружения LIGO в 2015 году. Но последнее обнаружение, сделанное в ноябре 2023 года, было самым масштабным. Ученые подсчитали, что событие, получившее название GW231123, было вызвано слиянием двух черных дыр с массами примерно в 100 и 140 раз больше Солнечной, в результате чего образовалась окончательная черная дыра массой около 225 масс Солнца.
«Это самое масштабное слияние на данный момент», — говорит Марк Ханнам (Mark Hannam), физик из Кардиффского университета Великобритании.
Большинство событий, зафиксированных LIGO, связаны с черными дырами звездной массы — от нескольких до 100 масс Солнца, — которые, как считается, образуются, когда массивные звезды заканчивают свою жизнь взрывом сверхновой. Однако две черные дыры, участвовавшие в событии GW231123, попадают в предсказанный диапазон от 60 до 130 масс Солнца, при котором этот процесс не должен работать. Согласно теориям, звезды должны разлетаться на части.
«Значит, они, скорее всего, образовались не по этому стандартному механизму», — говорит Ханнам.
Изучение черных дыр важно для понимания всей Вселенной
- Источник:
NASA Hubble Space Telescope via Unsplash
Вместо этого две черные дыры, вероятно, образовались в результате более ранних событий слияния — иерархических слияний массивных тел, которые привели к событию, зафиксированному LIGO. По оценкам, оно произошло на расстоянии от 0,7 до 4,1 миллиарда парсеков (от 2,3 до 13,4 миллиарда световых лет) от нас.
«Это похоже на то, как „четыре бабушки и дедушки сливаются в двух родителей, которые, в свою очередь, сливаются в одну маленькую черную дыру“, — говорит Алан Вайнштейн (Alan Weinstein), физик из Калифорнийского технологического института в Пасадене.
Модели черных дыр также предполагают, что они вращались с чрезвычайно высокой скоростью — около 40 оборотов в секунду, что близко к пределу, который, согласно общей теории относительности Эйнштейна, могут достигать черные дыры, оставаясь стабильными.
И вращение, и масса могут дать представление о том, как растут черные дыры. Один из самых больших вопросов в астрономии — как в раннем космосе росли самые крупные черные дыры, сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах таких галактик, как Млечный Путь.
Хотя существует множество доказательств существования черных дыр звездной массы и сверхмассивных черных дыр — тех, что весят более миллиона солнечных масс, — черные дыры промежуточной массы в диапазоне от 100 до 100 000 солнечных масс обнаружить сложнее.
Последнее открытие может свидетельствовать о том, что эти черные дыры средней массы, составляющие несколько сотен масс Солнца, играют определенную роль в эволюции галактик. Возможно, это происходит за счет иерархических слияний, которые могут увеличить скорость вращения, а также массу образующихся черных дыр.
Астрономы недавно получили изображение очень молодого остатка сверхновой с крайне редкой двойной детонацией.
