Гравитационные волны от столкновения двух черных дыр достигли Земли 7 млрд лет спустя. Почему это так воодушевило ученых?

• 3 сентября 2020

• Поделиться сообщением в Facebook
 
• Поделиться сообщением в Twitter
 
• Поделиться сообщением в ВКонтакте
 
• Поделиться сообщением в Telegram
 
• Поделиться

Правообладатель иллюстрацииLIGO-VIRGO COLLABORATION

Image captionВозможно, именно так выглядят черные дыры за мгновение до взаимного поглощения

Представьте себе энергию, которую восемь звезд типа Солнца отдают сразу и без остатка. Именно столько энергии уместилось в гравитационной "ударной волне", которая возникла в результате столкновения двух черных дыр в далеком прошлом.

Произошло это так далеко в глубинах космоса, что волне понадобилось около 7 млрд лет, чтобы добраться до нас. Но когда это случилось, сигнал по-прежнему был достаточно силен, чтобы его уловили лазерные детекторы в США и Италии.

По словам исследователей, в результате этого столкновения двух черных дыр получилась одна с массой, в 142 раза превышающей массу Солнца.

Почему это важно?

Дело в том, что ученым известно уже много черных дыр размером существенно меньше или намного больше, а эта представляет собой новый класс так называемого промежуточного размера (от 100 до 1000 масс Солнца).

Открытие это было сделано учеными из совместного международного проекта LIGO-VIRGO (LIGO - это лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, а VIRGO - франко-итальянский детектор гравитационных волн Европейской гравитационной обсерватории), в котором задействованы сразу три сверхчувствительных детектора гравитационных волн в США и Европе.

• Астрономы увидели в небе яркую вспышку. Это столкнулись две черные дыры
• Черные дыры не только пожирают звезды, они могут зажигать их заново
• "Звездный монстр": ученые обнаружили огромную черную дыру, которая не должна существовать

Что такое черная дыра?

• Черная дыра - это область пространства-времени с чрезвычайно плотной материей
• Гравитационное притяжение черной дыры так велико, что она не выпускает даже попавший туда свет
• Черные дыры возникают в результате смерти (коллапса) определенного типа крупных звезд
• Некоторые дыры имеют невероятные размеры - они в миллиарды раз превышают по массе Солнце
• Никто не знает, как формируются эти монстры, которых можно обнаружить в центрах галактик
• Черные дыры по определению нельзя увидеть, но можно выявить по их воздействию на окружающее пространство
• По мере того, как они по спирали приближаются друг к другу, черные дыры производят гравитационные волны, которые можно наблюдать

Лазерные интерферометры проекта LIGO-VIRGO чутко прислушиваются к пространственно-временному полю в поисках вибраций, которые были вызваны настоящими космическими катаклизмами.

21 мая 2019 года они засекли сильный сигнал, хотя он длился всего десятую долю секунды.

С помощью компьютерных алгоритмов был определен источник этого сигнала - последние моменты до столкновения сближавшихся по спирали двух черных дыр. Масса одной из них превышала массу Солнца в 66, а второй - в 85 раз.

Правообладатель иллюстрацииLIGO-VIRGO COLLABORATION

Image captionЛазерная лаборатория Европейского центра VIRGO в итальянской провинции Пиза

Гравитационные волны

• Гравитационные волны были предсказаны Общей теорией относительности
• На то, чтобы создать технологии, позволяющие их засекать, ушли десятилетия
• Они представляют собой своего рода рябь в ткани пространства-времени, возникающую в результате событий космического масштаба
• Ускорение огромных масс создает волны, распространяющиеся со скоростью света
• Среди опознаваемых источников таких волн могут быть сталкивающиеся черные дыры и нейтронные звезды
• В рамках проекта LIGO-VIRGO лазерный луч запускается в длинные туннели Г-образной формы, где гравитационные волны искажают этот луч
• Возможность засекать гравитационные волны открывает совершенно новые перспективы изучения Вселенной

Столкновение с участием объекта в 85 солнечных масс заставило ученых напрячься, потому что это никак не вписывалось в известные рамки формирования черных дыр.

Когда звезда исчерпывает запас ядерного топлива, происходит коллапс ее ядра, и если у звезды была достаточно большая масса, она как бы проваливается внутрь себя, образуя черную дыру.

При этом физические законы, действующие внутри звезды, подразумевают, что из звезд, масса которых составляет от 65 до 120 солнечных, черные дыры не получаются: такие звезды, умирая, просто разрываются на части, и от них ничего не остается.

Правообладатель иллюстрацииLIGO-VIRGO

Image captionГравитационные волны - своего рода рябь на ткани пространства-времени

Если эти выкладки верны, значит этот объект мог образоваться в результате предыдущего слияния двух черных дыр.

А уже это, по словам профессора Мартина Хендри из Университета Глазго, в свою очередь рассказывает кое-что новое о формировании Вселенной.

"Мы говорим о некоей иерархии слияний, о возможном пути формирования все более и более крупных черных дыр, - говорит профессор Хендри. - И как знать, может быть, эта дыра массой в 142 Солнца продолжила сливаться с другими массивными черными дырами, и такой процесс ведет к возникновению сверхмассивных черных дыр, которые, как мы полагаем, находятся в центре галактик".

Правообладатель иллюстрацииLIGO-VIRGO

Image captionНовое открытие предполагает иерархию слияний, в результате которой возникают все более массивные черные дыры

Гравитационная волна от столкновения двух черных дыр, замеченная детекторами в мае прошлого года, получила кодовое название GW190521. Это одно из более чем 50 подобных явлений, исследованием которых сейчас заняты лазерные лаборатории проекта LIGO-VIRGO.

С 2015 года, когда проект зафиксировал первую гравитационную волну (за что его участники получили Нобелевскую премию), темп исследований заметно возрос.

Правообладатель иллюстрацииNSF/LIGO

Image captionЧувствительность детекторов в лазерных лабораториях постоянно повышается

"Мы постоянно повышаем чувствительность наших детекторов, и не исключено, что будем ежедневно засекать больше чем одну гравитационную волну. Это будет настоящий дождь из черных дыр!" - предсказывает директор Института гравитационной физики Общества Макса Планка, профессор Алессандра Буонанно.