Обнаружен необычный гравитационный сигнал от странной пары черных дыр

Астрофизикам впервые удалось зафиксировать гравитационные волны от слияния двойной черной дыры с неравными массами. Протокол наблюдения опубликован на сайте проекта LIGO.

Коллаборации LIGO и Virgo ищут космические гравитационные волны, возникающие при столкновениях черных дыр. Чуть больше года назад, 12 апреля 2019 года, ученые этих коллабораций обнаружили гравитационные волны, распространяющиеся в пространстве-времени от столкновения двух черных дыр, находящихся на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли.

В настоящее время сама по себе регистрация гравитационных волн уже не является чем-то необычным. Но в данном случае их источником было событие, которого астрономы никогда не видели.

Если раньше волны всегда исходили от двух примерно равных по массе черных дыр, в 20-40 раз превышающих массу Солнца, то сигнал GW 190412 был получен от неравновесной бинарной системы черных дыр, одна из которых составляла 29,7 солнечных масс, а другая была в три раза меньше — всего 8,4. Кстати, это самая маленькая из черных дыр, обнаруженных до сих пор.

"Ни одна из этих масс сама по себе не слишком удивительна. Мы знаем, что черные дыры бывают таких размеров. Новым является соотношение масс, — поясняет в своем блоге один из авторов открытия, астроном Кристофер Берри (Christopher Berry) из Северо-Западного университета в США. — Это наблюдение позволяет нам проверить наши прогнозы для гравитационно-волновых сигналов и является еще одной частью головоломки о том, как образуются двойные черные дыры".

Интересно то, что слияние такой системы с двумя отчетливо различающимися по размеру черными дырами дало более длинный гравитационный сигнал, чем любое другое слияние черных дыр. Это было связано с тем, что событие GW 190412 произвело две разные частоты волн, распространяющихся одновременно, чего не наблюдается при слиянии черных дыр с примерно одинаковой массой.

Наличие разночастотных волн позволило авторам произвести очередную проверку общей теории относительности. Они разделили сигнал гравитационной волны на более раннюю и более позднюю части и использовали уравнения для расчета второй части сигнала каждой половины. Расчеты полностью совпали с наблюдениями, что служит одним из самых весомых на сегодняшний день подтверждений общей теории относительности Эйнштейна.

Большая разница в массах черных дыр в бинарной системе дала возможность ученым более точно измерять некоторые астрофизические свойства системы.

"Эта большая разница в массе означает, что мы можем более точно измерить несколько свойств системы: ее расстояние до нас, угол, под которым мы смотрим на нее, и скорость вращения тяжелой черной дыры вокруг своей оси", — приводятся в пресс-релизе Института гравитационной физики Общества Макса Планка в Ганновере, Германия, слова сотрудника института, принимавшего участие в исследовании, Роберто Котеста (Roberto Cotesta).

Высокая скорость вращения тяжелой дыры, по мнению ученых, служит некоторой подсказкой к вопросу об образовании такой необычной системы. Астрофизические модели предполагают, что формирования двойных черных дыр происходит, когда каждая из звезд двойной звездной системы коллапсирует в черную дыру, поэтому они не могут создавать бинарные черные дыры с большими расхождениями в массе.

Быстрое вращение большей черной дыры предполагает, что она могла слиться с другими черными дырами ранее, до события GW 190412. Возможно, что ученые наблюдают сейчас остаток от этой тройной или четверной звездной системы.