Две чёрные дыры слились воедино на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли, и учёные только что выяснили, с какой скоростью новорождённая чёрная дыра отскочила и в каком направлении.
Анимация слияния двух чёрных дыр (Изображение предоставлено: SXS)
Учёные впервые измерили скорость отдачи при катастрофическом столкновении двух чёрных дыр.
Гравитационные волны — это рябь в пространстве-времени, существование которой впервые предположил Альберт Эйнштейн и которая была впервые обнаружена в 2015 году. Ещё одно открытие было сделано в 2019 году, когда учёные зафиксировали сигнал гравитационных волн, возникший в результате бурного слияния чёрных дыр совершенно разного размера. Из-за дисбаланса размеров новорождённая чёрная дыра отскочила во Вселенную в результате явления, известного как «роды».
Теперь астрономы расшифровали этот сигнал гравитационных волн под названием GW190412 и выяснили, что в результате столкновения только что образовавшаяся чёрная дыра пролетела через пространство со скоростью более 31 мили в секунду (50 километров в секунду) — достаточно быстро, чтобы покинуть исходное звёздное скопление, сообщили исследователи в статье, опубликованной 9 сентября в журнале Nature Astronomy.
«Это выдающаяся демонстрация возможностей гравитационных волн», — сказал соавтор исследования Кустав Чандра, астрофизик из Университета штата Пенсильвания, в заявлении.
Сигналы столкновения
Когда чёрные дыры движутся навстречу друг другу, они создают гравитационные волны. Но если одна чёрная дыра намного массивнее другой, то создаваемые гравитационные волны выглядят совсем иначе в зависимости от угла наблюдения.
Рассматривая объект под разными углами, исследователи могут определить направление выброса. Затем можно определить скорость выброса, измерив соотношение масс и спин двух исходных чёрных дыр — информацию, которую также можно получить при изучении гравитационных волн.
Если отдача от столкновения будет достаточно сильной, чтобы выбросить слившуюся чёрную дыру из звёздного скопления, это предотвратит последующее слияние этой новой чёрной дыры с другими чёрными дырами и потенциальное образование сверхмассивной чёрной дыры, масса которой может быть от 100 000 до 50 миллиардов раз больше массы Солнца. Поэтому понимание скорости и направления ударов имеет важное значение для отслеживания образования сверхмассивных чёрных дыр.
В 2018 году соавтор исследования Хуан Кальдерон Бустильо и его коллеги выяснили, как именно можно измерить natal kick на основе этих сигналов гравитационных волн. Но их модель должна была опираться на симуляции, поскольку на тот момент не было обнаружено ни одного слияния чёрных дыр, которое привело бы к отдаче.
Затем, 12 апреля 2019 года, усовершенствованные детекторы LIGO в Луизиане и штате Вашингтон, а также детектор Virgo в Италии зафиксировали GW190412 сигнал, возникший в результате слияния двух чёрных дыр звёздной массы: одна в 29,7 раза массивнее Солнца, а другая — в 8,4 раза.
Несмотря на то, что событие произошло на расстоянии более 2,4 миллиарда световых лет от Земли, исследователи использовали два угла относительно Земли, чтобы определить, куда была отброшена новорождённая чёрная дыра. Она устремилась прочь от места своего рождения, вероятно, из плотного скопления звёзд, называемого шаровым скоплением, со скоростью 111 600 миль в час (179 600 километров в час). Этой скорости было бы более чем достаточно, чтобы покинуть скопление и стать чёрной дырой, вырвавшейся из гравитационного поля.
«Это одно из немногих явлений в астрофизике, когда мы не просто что-то обнаруживаем, — сказал Чандра. — Мы восстанавливаем полное трёхмерное движение объекта, находящегося на расстоянии в миллиарды световых лет от нас, используя лишь колебания в пространстве-времени».
Следующим шагом команды станет поиск новых случаев слияния чёрных дыр для измерения как гравитационных волн, так и видимого света. Этот поиск может помочь лучше понять, как растут эти космические монстры.