Найбільше злиття двох чорних дір, зафіксоване цього року, виявилося зіткненням двох звичайних чорних дір. Ілюзію їхніх величезних розмірів створило гравітаційне лінзування, коли сигнал від події «підсилювала» галактика, крізь яку пройшли гравітаційні хвилі від зіткнення на шляху до Землі. Це може бути першим доказом того, що гравітаційне лінзування впливає не тільки на світло, але й на гравітаційні хвилі, за якими науковці досліджують чорні діри. Результати дослідження опублікували в статті на сайті препринтів arXiv.
Художнє зображення гравітаційних хвиль, що утворилися внаслідок зіткнення двох чорних дір. MAGGIE CHIANG / SIMONS FOUNDATION
Чому вчені засумнівалися в найбільшому злитті чорних дір?
Нещодавно обсерваторія LIGO зафіксувала гравітаційні хвилі від події GW231123, яку спершу інтерпретували як найбільше в історії злиття двох чорних дір з утворенням фінальної чорної діри загальною масою близько 225 мас Сонця. Розміри чорних дір, що зіткнулися, не вписувалися у жодні відомі моделі формування таких об’єктів. А тому щоб пояснити спостережувані дані, науковці запропонували кілька гіпотез.
Однією з них були послідовні злиття кількох менших чорних дір, які з часом утворили таку масивну систему. Іншою — нестандартні сценарії формування, наприклад, безпосереднє утворення чорної діри з дуже масивної зірки. Проте жодна з цих гіпотез не давала повного пояснення, оскільки послідовні злиття вимагали надзвичайно частих попередніх зіткнень, що малоймовірно, а нестандартні колапси суперечили відомим моделям еволюції зір. Тому науковці з Інституту гравітаційної фізики Макса Планка провели новий аналіз даних про це зіткнення.
Як галактика змінила сприйняття зіткнення чорних дір?
Дослідники заново проаналізували дані з інтерферометрів LIGO, які вказували на утворення чорної діри масою від 190 до 265 мас Сонця. Цей аналіз показав, що насправді маси чорних дір були значно меншими. Надмасивний вигляд системи створювало гравітаційне лінзування: сигнал від події підсилювала масивна галактика, розташована на шляху гравітаційних хвиль до Землі.
З урахуванням цих ефектів, науковці перерахували загальну масу системи. Вона виявилася типовою для чорних дір — близько 100–180 мас Сонця. Точність своїх підрахунків науковці оцінили у 2,6 сигми — це означає, що з імовірністю 99 відсотків вони виявляться правильними. Однак дослідники не відкидають можливості, що й інші явища, окрім лінзування, вплинули на спостереження за чорною дірою з Землі.
Як відкриття лінзування змінить спостереження за чорними дірами?
Урахування гравітаційного лінзування під час спостереження за чорними дірами допоможе науковцям пояснити екстремальні події без порушення перевірених моделей формування чорних дір. Крім цього, воно дозволить точніше оцінювати маси цих об’єктів і відстань до них. І хоча GW231123 стала першим прикладом того, як ефекти, які раніше помічали лише для світла, впливають і на гравітаційні хвилі, науковці шукатимуть інші подібні явища в нашому Всесвіті.
Як досліджують зіткнення чорних дір
🕳 Космічний телескоп «Джеймс Вебб» сфотографував зіткнення двох галактик, у яких чорна діра утворилася не від злиття центральних чорних дір, а через надмірне стиснення газу.
⚡️ А моделювання зіткнень надмасивних чорних дір показало, що такі процеси злиття можуть розганяти ці об’єкти до 28 тисяч кілометрів на секунду.
🧲 Виявляти гравітаційні хвилі від чорних дір науковці запропонували за допомогою магнітів, які зараз застосовують для пошуків темної матерії.
