Две черные дыры объединились в одну, которая затем умчалась со скоростью около 5 миллионов километров в час

Недавно ученые наблюдали две черные дыры, которые объединились в одну, и в процессе получили "пинок", который отбросил новообразованную черную дыру на большой скорости. Эта черная дыра пронеслась со скоростью около 5 миллионов километров в час, плюс-минус несколько миллионов, сообщают исследователи в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Это поразительно быстро: скорость света всего в 200 раз больше.

Колебания в пространстве-времени, называемые гравитационными волнами, запустили черную дыру в ее стремительный выход. Когда любые две парные черные дыры закручиваются внутрь и сливаются, они испускают эти пульсации, которые растягивают и сжимают пространство. Если эти гравитационные волны отбрасываются в космос преимущественно в одном направлении, черная дыра отпрянет в ответ.

Это сродни тому, как если бы пистолет отбросило назад после выстрела пули, говорит астрофизик Виджай Варма из Института гравитационной физики имени Макса Планка в Потсдаме, Германия.

Гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo, расположенные в США и Италии, зафиксировали пульсации пространства-времени черных дыр, когда они достигли Земли 29 января 2020 года. Эти волны раскрыли детали того, как черные дыры сливались, намекая на вероятность большого толчка. Когда черные дыры вращались друг вокруг друга, плоскость, в которой они вращались, вращалась, или прецессировала, подобно тому, как колеблется вершина при вращении. Ожидается, что прецессирующие черные дыры получат больший толчок при слиянии.

Поэтому Варма и его коллеги углубились в данные, чтобы определить, получила ли черная дыра пинок. Чтобы оценить скорость отдачи, исследователи сравнили данные с различными предсказанными версиями слияния черных дыр, созданными на основе компьютерных симуляций, решающих уравнения общей теории относительности, теории гравитации Эйнштейна (SN: 2/3/21). Отдача была настолько велика, что черная дыра, вероятно, была выброшена из своего дома и отброшена на космическую обочину.

Плотные группы звезд и черных дыр, называемые шаровыми скоплениями, являются одним из мест, где, как считается, черные дыры могут объединяться и сливаться. Вероятность того, что отброшенная черная дыра останется в пределах шарового скопления, составляет всего около 0,5 процента, подсчитала команда. Для черной дыры в другом типе плотной среды, называемой ядерным звездным скоплением, вероятность остаться здесь составляет около 8 процентов.

Большой побег черной дыры может иметь большие последствия. LIGO и Virgo обнаруживают слияния черных дыр звездной массы, которые образуются, когда звезда взрывается в сверхновой и коллапсирует в черную дыру. Ученые хотят понять, могут ли черные дыры, объединившиеся в тесные скопления, снова объединиться, пройдя через несколько раундов слияния. Если да, то это может помочь объяснить некоторые удивительно громоздкие черные дыры, ранее наблюдавшиеся при слияниях (SN: 9/2/20). Но если слившиеся черные дыры обычно отбрасываются ракетой от дома, это сделает многократные слияния менее вероятными.

"Удары очень важны для понимания того, как образуются тяжелые черные дыры звездной массы", - говорит Варма.

Ранее астрономы уже получали доказательства того, что гравитационные волны дают большой толчок сверхмассивным черным дырам - гораздо более крупным чудовищам, которые находятся в центрах галактик (SN: 3/28/17). Но этот вывод основывается на наблюдениях света, а не гравитационных волн. "Гравитационные волны, в некотором смысле, чище и легче интерпретировать", - говорит астрофизик Мануэла Кампанелли из Рочестерского технологического института в Нью-Йорке, которая не принимала участия в новом исследовании.

Данные LIGO и Virgo уже выявили некоторые свидетельства того, что черные дыры получают небольшие удары. Новое исследование является первым, в котором сообщается об использовании гравитационных волн для обнаружения черной дыры, получившей большой удар.

Этот большой удар не является сюрпризом, говорит Кампанелли. Более ранние теоретические предсказания Кампанелли и его коллег предполагали, что такие мощные удары возможны. "Всегда интересно, когда кто-то может измерить с помощью наблюдений то, что вы предсказали на основе расчетов".