Уникальное наблюдение предоставило астрономам ценную возможность собрать значительный объем информации и расширить представления о механизмах вращения черных дыр.
Ученые, сотрудничающие в рамках проекта LIGO-Virgo, объединяющего обсерватории в США и Италии, впервые зарегистрировали слияние двух черных дыр, значительно различающихся по массе. Полученные данные станут ценным ресурсом для астрофизических и гравитационных исследований и способны перевернуть существующие теории. В ходе работы ученые выложили на сервере препринтов arXiv, а также сделали доклад на собрании Американского физического общества.
Незначительные флуктуации пространства-времени свидетельствуют о том, что по крайней мере одна из черных дыр обладала вращением до момента их слияния. Это предоставляет астрономам важные сведения об одной из немногих характеристик этих трудноизучаемых объектов.
«По словам Майи Фишбах, астрофизика из Чикагского университета, расположенного в штате Иллинойс, это поистине уникальное явление. Все подобные слияния черных дыр, ранее задокументированные события происходили с участием объектов одинаковой массы, поэтому новые данные существенно корректируют и расширяют текущие модели.
Событие, обозначенное как GW190412, произошло на удалении 2,4 миллиарда световых лет и было зарегистрировано 12 апреля 2019 года. Недавно ученые закончили анализ этого явления. Согласно их данным, масса одной из черных дыр, вошедших в слияние, составляла приблизительно 8,4 солнечной массы, а масса второй – около 29,7 солнечной массы. Такая разница в массе привела к деформации пространства вокруг более массивного объекта, что вызвало отклонение от спиральной траектории другой черной дыры. Это отклонение проявляется в гравитационных волнах, возникающих в ходе такого «танца.
Наблюдавшиеся ранее столкновения порождали волны, напоминающие по форме линейную частотную модуляцию: к моменту соударения увеличивались как мощность, так и частота. В тех случаях, когда массы черных дыр были одинаковыми, они возвращались к исходной относительной позиции на каждой орбите. В результате частота гравитационных волн оказывается примерно вдвое выше орбитальной частоты двойной системы, то есть времени, необходимого черным дырам для совершения оборота вокруг друг друга.
С событием GW190412 всё было иначе: гравитационные волны демонстрировали более сложную динамику. Незначительный перепад масс в системе приводит к нестабильности орбиты. Это порождает вторую, менее интенсивную частоту гравитационных волн, которая проявляется в виде двух различных частот – их можно сравнить с двумя одновременно вибрирующими гитарными струнами.
Аномальные явления предоставляют физикам возможность уточнять и проверять теорию гравитации, разработанную Альбертом Эйнштейном, Общей теории относительности. Обнаруженная при слиянии диада частот, по сути, демонстрирует разделение гравитационной волны на более раннюю и более позднюю составляющие. Это разделение основано на уравнениях, полученных из Общей теории относительности. Проведенные расчеты деления сигналов соответствуют наблюдаемым данным, что обеспечивает одни из самых достоверных результатов данного теста на сегодняшний день.
В первую очередь, ученые смогли применить полученные данные для изучения «вращения» черных дыр. Предыдущие сведения о гравитационных волнах не позволяли удостоверить предыдущие наблюдения за этим свойством черных дыр, сделанные для объектов, находящихся в нашей Галактике.
Ученые-астрофизики рассчитывают, что полученные данные помогут понять процессы формирования черных дыр и объяснят, как они оказались на орбитах друг относительно друга. Действующие сейчас теории возникновения двойных черных дыр исходят из предположения о сопоставимых массах составляющих их объектов.
Полученные данные помогут точнее определять расстояние до событий, произошедших за пределами Млечного Пути. Множественные измерения такого рода могут предоставить инновационный метод для построения карты эволюции Вселенной.