Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) использует обсерватории LIGO, расположенные в Хэнфорде и Ливингстоне обнаружила слияние самых массивных чёрных дыр, когда-либо наблюдавшихся с помощью гравитационных волн. В результате слияния образовалась чёрная дыра, масса которой в 225 раз превышает массу Солнца. Сигнал, получивший обозначение GW231123, был зафиксирован во время четвёртого сеанса наблюдений сети LVK 23 ноября 2023 года.
Объединенные черные дыры обладали массой, в 100 и 140 раз превышающую массу Солнца. Кроме того, они характеризовались высокой скоростью вращения, что сделало полученный сигнал уникальным и сложным для анализа. Эта особенность позволяет предположить наличие у них непростой истории формирования.
«Наблюдение этой массивной двойной системы чёрных дыр, сделанное с помощью гравитационных волн, стало настоящим вызовом для существующих теорий формирования чёрных дыр, — отмечает профессор Марк Ханнэм из Кардиффского университета. — Согласно стандартным моделям звёздной эволюции, чёрные дыры с такой массой не могут возникнуть. Существует вероятность, что чёрные дыры в этой системе образовались в результате предыдущих слияний менее массивных чёрных дыр».
На текущий момент гравитационные волны позволили зарегистрировать около 300 слияний чёрных дыр. Источник GW190521, с общей массой, составляющей 140 масс Солнца, до настоящего времени являлся самой массивной подтверждённой двойной системой чёрных дыр.
Масса и скорость вращения чёрных дыр, обнаруженных в событии GW231123, превышают возможности современных технологий гравитационно-волнового детектирования и существующих теоретических представлений. Для детального анализа полученного сигнала потребовалось применение теоретических моделей, учитывающих сложную динамику быстро вращающихся чёрных дыр.
«По словам доктора Чарли Хой из Портсмутского университета, чёрные дыры, судя по всему, вращаются с очень высокой скоростью, близкой к максимальной, которую допускает общая теория относительности Эйнштейна. Такая скорость затрудняет моделирование и интерпретацию получаемых сигналов, что делает этот случай прекрасной возможностью для создания новых теоретических подходов».
Ученые продолжают совершенствовать методы анализа и улучшать модели, применяемые для интерпретации экстремальных явлений. «Для полного понимания этой сложной системы сигналов и её последствий сообществу потребуется немало времени», — отмечает Грегорио Карулло, доцент Бирмингемского университета. «Хотя наиболее вероятным объяснением остаётся слияние чёрных дыр, для расшифровки необычных особенностей этого явления могут потребоваться более сложные сценарии»
Гравитационные волновые обсерватории, включая LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, созданы для регистрации незначительных изменений в структуре пространства-времени, возникающих вследствие мощных космических явлений, например, слияния чёрных дыр.
«По словам доктора Софи Бини, научного сотрудника Калифорнийского технологического института, данное событие демонстрирует максимальные возможности современного инструментария и анализа данных. Это наглядный пример того, какие знания мы можем получить благодаря гравитационно-волновой астрономии и какие открытия ещё предстоит сделать».
GW231123 будет представлен на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) и 16-й Конференции Эдоардо Амальди, посвященной гравитационным волнам. Данные, прошедшие калибровку и использованные для обнаружения и изучения GW231123, будут доступны для анализа другими исследователями через Открытый научный центр по изучению гравитационных волн (GWOSC) .
[Фото: Mark Hannam / LIGO]