Гравитационно-волновая астрономия вышла на новый уровень: 390 слияний чёрных дыр и первые следы «чёрных дыр второго поколения»

Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA опубликовала крупнейший в истории каталог гравитационных волн. В него вошли 390 событий, из которых 161 — новые. Среди них впервые обнаружены убедительные следы чёрных дыр второго поколения, а один из сигналов стал самым чётким за всё время наблюдений. Результаты опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Гравитационные волны — это рябь в ткани пространства-времени, возникающая при слиянии сверхмассивных объектов: чёрных дыр или нейтронных звёзд. Впервые их зарегистрировали в 2015 году, однако лишь сейчас накоплено достаточно событий, чтобы говорить о полноценной гравитационно-волновой астрономии. Три детектора — LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии — представляют собой гигантские лазерные интерферометры с плечами по несколько километров. Слияние двух чёрных дыр на расстоянии миллиардов световых лет сжимает эти плечи на долю диаметра протона.

Новый каталог охватывает наблюдательный период с апреля 2024 по январь 2025 года. Помимо рекордного числа новых событий, исследователи впервые зафиксировали достоверные признаки так называемых чёрных дыр второго поколения — объектов, образовавшихся не из коллапсирующих звёзд, а из более ранних слияний двух чёрных дыр. Такие объекты должны быть тяжелее обычных и вращаться иначе, что и подтвердили данные.

В ходе анализа удалось добиться наиболее точной в истории локализации источника гравитационных волн на небосводе — важный шаг к тому, чтобы оперативно навести на источник оптические телескопы. Исследование отмечено учёными Университета Глазго как момент окончательного становления гравитационно-волновой астрономии.

Детекторы работают как гигантские микрофоны Вселенной. Каждое зарегистрированное событие — это столкновение, произошедшее миллиарды лет назад, энергия которого была сопоставима с энергией всей видимой Вселенной, испущенной за долю секунды. И теперь этих событий стало настолько много, что астрономы могут не просто подтверждать существование гравитационных волн, а изучать их популяцию, сравнивать, классифицировать и искать закономерности.

Особый интерес вызывают чёрные дыры второго поколения. Если обычные чёрные дыры образуются при коллапсе массивных звёзд, то эти рождаются в результате слияния двух уже существующих чёрных дыр. Они должны быть заметно тяжелее — и данные это подтверждают. Их обнаружение — прямое доказательство того, что во Вселенной существуют «семейные линии» чёрных дыр, где одна чёрная дыра порождает другую, ещё более массивную.

Точность локализации источников также выросла. Раньше учёные могли указать лишь примерное направление на небе, теперь же область поиска сузилась настолько, что можно оперативно наводить оптические телескопы и искать видимый след слияния — вспышку, которая может сопровождать гравитационные волны. Это открывает возможность наблюдать космические катастрофы одновременно в нескольких диапазонах.

Гравитационно-волновая астрономия перестала быть экзотикой. Из подтверждённой теории она превратилась в рабочий инструмент, который даёт новые данные каждые несколько месяцев. Теперь, когда каталог насчитывает почти 400 событий, учёные могут заглянуть в историю Вселенной глубже, чем когда-либо, и увидеть, как устроен космос на самом фундаментальном уровне. И это только начало. Следующее поколение детекторов, которые уже проектируются, будет регистрировать события в сотни раз чаще. И тогда мы, возможно, впервые увидим не просто слияния, а рождение чёрных дыр, их столкновения с нейтронными звёздами и, быть может, что-то, что мы пока даже не можем представить.