Безпрецедентне спостереження дало астрономам рідкісну можливість отримати масу нових даних і дізнатися більше про те, як обертаються чорні діри.
Дослідники з колаборації LIGO-Virgo, яка об’єднує обсерваторії, розташовані у США та Італії, вперше в історії спостережень виявили зіткнення між двома чорними дірами істотно різних мас. Це відкриття послужить джерелом безлічі нових даних для астрофізики і гравітаційної фізики і може багато чого змінити в існуючих уявленнях. Свою роботу вчені виклали на сервері препринтів arXiv, а також зробили доповідь на зборах Американського фізичного товариства.
Слабкі коливання простору-часу показали, що принаймні одна з чорних дір оберталася до злиття. Це дає астрономам цінну інформацію про одну з небагатьох особливостей цих складних для вивчення об’єктів.
«Це виняткова подія», — підкреслює автор роботи Майя Фішбах, астрофізик з університету в Іллінойсі. Всі подібні злиття чорних дір, зафіксовані раніше, відбувалися за участю об’єктів однієї маси, так що нові дані неабияк змінюють і доповнюють існуючі моделі.
Сама подія, записана як GW190412, відбулася на відстані 2,4 мільярда світлових років від нас і була зафіксована 12 квітня 2019 року, а кілька днів тому дослідники завершили свою роботу по її аналізу. Згідно з дослідженнями вчених, одна з двох чорних дір, які зіткнулися, мала оціночну масу близько 8,4 сонячної маси, а інша була в три з половиною рази більшою, приблизно 29,7 сонячної маси. З-за такого дисбалансу простір навколо більшої з них спотворився, в результаті чого траєкторія іншої чорної діри відхилилася від ідеальної спіралі. Це виявляється у виникаючих в процесі такого «танцю» гравітаційних хвилях.
N. Fischer, H. Pfeiffer, et al.
Раніше в зіткненнях формувалися хвилі, за формою схожі з лінійною частотною модуляцією: потужність і частота зростали до моменту зіткнення. Оскільки в тих випадках чорні діри мали однакову масу, вони поверталися в одну і ту ж відносну позицію на кожній орбіті. Це призводить до того, що частота гравітаційних хвиль приблизно вдвічі перевищує орбітальну частоту подвійної системи, тобто час, який потрібен чорним дірам, щоб обертатися навколо одна одної.
Але з GW190412 було інакше: гравітаційні хвилі поводилися складнішим чином. З-за того, що система має значний дисбаланс маси, орбіта стає нерівною. Це створює другу, слабкішу частоту гравітаційних хвиль, яка виробляє дві різні частоти: можна уявити як дві одночасно вібруючі гітарні струни.
Такі виняткові події пропонують фізикам нові, більш точні способи перевірки теорії гравітації Альберта Ейнштейна, Загальної теорії відносності. Діада частот, помічена при злитті, по суті, показує поділ сигналу гравітаційної хвилі на більш ранню частину і більш пізню: цей поділ базується на рівняннях, що виводяться із Загальної теорії відносності. Розрахунки розподілу сигналів збігаються зі спостережуваними, що дає одні з найбільш надійних результатів цього тесту на сьогодні.
Зокрема, дослідники змогли використовувати ці дані, щоб розглянути «обертання» чорних дірок. Більш ранні відомості про гравітаційні хвилі не давали можливості підтвердити колишні спостереження про особливості чорних дір, зроблені для подібних об’єктів, розташованих в нашій Галактиці.
Астрофізики сподіваються, що нові дані можуть також пролити світло на те, як чорні діри утворилися і як прийшли на орбіту одна одної. Існуючі моделі формування подвійних чорних дір припускають рівні пари мас.
Нова інформація допоможе з більшою точністю виміряти відстань події від Чумацького Шляху. Накопичення багатьох таких вимірювань може дати новий спосіб, який дозволить скласти карту історії розширення Всесвіту.
Натхнення: naked-science.ru