До настоящего времени объединенные данные, полученные гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO, Virgo и KAGRA, демонстрировали лишь 90 потенциальных слияний, являющихся источниками гравитационных волн. Обновленный каталог увеличил количество этих объектов более чем вдвое и вызвал ряд важных вопросов в области астрофизики.
Обнаружение гравитационных волн в прошлом десятилетии стало знаковым событием в физике и удостоило ученых Нобелевской премией. Это было не просто подтверждение теории Эйнштейна: анализ данных, полученных при слиянии пар черных дыр, показал, что они теряют несколько процентов своей массы. Согласно теории Эйнштейна, гравитационные волны не обладают массой (что вызывает разногласия среди современных физиков), это означало, что при каждом подобном слиянии масса Вселенной уменьшается незначительно. Исходя из этой интерпретации, открытия, сделанные LIGO, позволили предложено новое объяснение феномена темной материи и энергии, а равно и новая космологическая модель.
Однако одно лишь первое открытие еще не представляет собой статистически значимый материал, не позволяет сделать вывод о распространенности и типичности данного явления в космическом пространстве. Поэтому сбор дополнительных данных наблюдений имеет первостепенное научное значение. Ученые, сотрудничающие в рамках гравиволновых обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA, провели анализ нового массива данных, полученных в период с мая 2023 года по январь 2024 года, и опубликовали свои выводы на сервере препринтов Корнеллского университета.
Ранее было известно о 90 зарегистрированных источниках гравитационных волн, однако за полгода наблюдений было обнаружено еще 128. Таким образом, стало ясно, что эти явления происходят весьма регулярно: даже с учетом ограничений наших приборов, их количество составляет не менее сотни в год. Среди зарегистрированных сигналов преобладали слияния двух черных дыр. Слияния нейтронных звезд с черными дырами или между собой встречались значительно реже.
Все это создает для астрофизиков определенные трудности. Один из главных вопросов заключается в том, почему наблюдается столь большое количество слияний черных дыр. Это связано с тем, что в черные дыры превращаются только объекты, чья масса превышает приблизительно 2,17 солнечных ( предел Оппенгеймера-Волкова). А нейтронные звезды — это объекты, обладающие массой примерно от 1,38 солнечных ( предел Чандрасекара) значения массы достигают до 2,17. При этом, звезда-предшественник черной дыры или нейтронной звезды обладает значительно меньшей массой, чем звезда, остатки которой формируют эти объекты в результате взрыва сверхновой. Это происходит потому, что в процессе взрыва сверхновой теряется значительная часть массы, и только ее ядро, подвергшееся воздействию взрыва, превращается в нейтронную звезду или черную дыру.
Астрономии известна так называемая начальная функция масс звезд, анализ распределения частоты светил различной массы во Вселенной показывает, что черных дыр должно быть значительно меньше, чем нейтронных звезд. Однако, наблюдения за гравитационными волнами демонстрируют, что слияния нейтронных звезд происходят не чаще, чем в десятки раз, по сравнению со слияниями черных дыр. Это противоречит логике, поскольку более распространенные объекты должны сближаться до расстояний, необходимых для слияния, чаще. Таким образом, гравитационные наблюдения указывают на то, что либо количество нейтронных звезд в сто раз меньше ожидаемого, либо количество черных дыр в сто раз превышает ожидаемое.
Новые данные поднимают и другой вопрос: почему в них зафиксировано столь значительное число слияний черных дыр, тогда как оптические наблюдения демонстрируют крайне редкие подобные события. Слияния, регистрируемые LIGO, Virgo и KAGRA, должны происходить в тех же областях, что и обычные звезды — в дисках галактик.
В таком случае они неминуемо начнут притягивать не только другие черные дыры, но и обычную материю, такую как звезды и газ. В результате вокруг черной дыры формируются аккреционные диски, состоящие из газа и пыли. Судя по наблюдениям за массивными черными дырами, они нагреваются до значительных температур и должны быть видны телескопам, регистрирующим электромагнитное излучение. Однако на практике подобное не фиксируется: в областях, откуда поступают гравитационные волны, возникающие при слиянии, не обнаруживается свечение аккреционных дисков.
Как уже писал Ранее, после первых наблюдений LIGO, Naked Science выдвинула теорию циклической космологии, которая способна объяснить подобные явления. Согласно этой теории, количество черных дыр должно значительно превышать число нейтронных звезд, поскольку черные дыры способны выдержать цикл расширения и сжатия Вселенной, постепенно увеличиваясь от одного цикла к другому.
При этом они будут концентрироваться не в дисках галактик, а в удаленных от них темных шаровых скоплениях, подобных шаровым скоплениям звезд, лежащим вне галактических дисков. Это может объяснять как острый дефицит слияний нейтронных звезд на фоне частых слияний черных дыр, так и отсутствие аккреционных дисков в районах, откуда приходят гравиволны от таких слияний. Поскольку в темных шаровых скоплениях почти нет газа и пыли, образовывать аккреционный диск там не из чего.