Третье обнаружение LIGO показало, как рождаются двойные черные дыры

Три — волшебное число. Коллаборация LIGO произвела третье наблюдение гравитационных волн, исходящих от пары сливающихся черных дыр, и они обеспечили нам наиболее полное представление о том, как эти пары образуются и как их регистрировать. «Первое было новинкой. Второе было подтверждением того, что новизна первого не была случайной. Третье — это уже астрофизика», говорит пресс-секретарь LIGO Дэвид Шумейкер из Массачусетского технологического института (MIT). «Мы переходим к непосредственному обсуждению популяции этих объектов».

LIGO обнаруживает волновые формы, которые представляют собой рябь в ткани Вселенной, вызванную перемещением масс. Вращение сливающихся черных дыр деформирует эти волны, которые по большей части производятся в процессе движения черных дыр и последующего столкновения.

Для первого события у нас не было достаточной информации, чтобы определить направление, в котором вращалась каждая черная дыра. Во-вторых, у нас было немного больше информации, указывающей на то, что каждая черная дыра, вероятно, вращается в том же направлении, в каком движется по орбите.

Но третья пара черных дыр, обнаруженная 4 января, наклонена относительно Земли по-другому, не так, как другие две, говорит Шумейкер. Это позволяет LIGO узнать больше о вращении каждой черной дыры.

Этот взгляд показал, что черные дыры в новом событии вращаются не в том направлении, в котором движутся по орбите друг друга. Следовательно, они либо вращаются в разных направлениях, либо — что маловероятно — не вращаются вообще.

Братья, но не близнецы

«Вращение, а особенно неправильное вращение, помогает нам понять, как эти штуки образуются», говорит Карл Родригес из Массачусетского технологического института. Изучение свойств этих объектов, а не просто их обнаружение, превращается в «новую ветвь астрономии».

Двойные черные дыры формируются одним или двумя способами: две черные дыры либо рождаются вместе из пары взаимно обращающихся звезд, либо формируются отдельно в плотном звездном скоплении и позднее сходятся в его центре. В первом случае пара должна вращаться в направлении орбиты, как это делают бинарные звезды; во втором, говорит Родригес, «они смотрят в том направлении, в котором им угодно».

Хотя вторая бинарная черная дыра, обнаруженная LIGO в декабре 2015 года, если судить по нашим ограниченным данным, появилась из черных дыр, которые родились одновременно, новые черные дыры могли появиться отдельно.

По крайней мере одна из них, похоже, вращается в направлении, противоположном ходу орбиты. Тот факт, что это отличается от предыдущего случая, указывает на возможность обоих сценариев, хотя нам нужны дополнительные наблюдения, чтобы определить, какой из вариантов более распространен.

Поскольку новая бинарная черная дыра в 3 миллиардах световых лет от нас — в два раза дальше, чем другие, увиденные нами — гравитационная волна должна пройти больше расстояния, прежде чем достигнет Земли. Это дополнительно расстояние поможет нам найти возможные отклонения от общей теории относительности Эйнштейна.

Общая теория относительности утверждает, что все гравитационные волны должны двигаться с одной скоростью — скоростью света. Поскольку волны в данном случае так себя и ведут, даже на большом расстоянии, они поддерживают космическое правило Эйнштейна.

Расширение горизонтов

Помимо особенностей того, что может сказать нам эта конкретная бинарная черная дыра, она стала шагом к использованию гравитационных волн для изучения общей популяции бинарных и других массивных объектов.

В конечном счете LIGO сможет увидеть другие типы космических событий, но больше обнаруженных событий одного типа — в данном случае бинарные черные дыры — тоже необходимо для получения подробных научных результатов.

Уже с тремя обнаружениями ученые выяснили, что существует популяция бинарных черных дыр с массой, в 25 раз превышающей наше Солнце. Об этой группе мы ничего не знали до начала экспериментов LIGO.

Может показаться, что LIGO уже поднаторела в поиске гравитационных волн, но очарование пока не спало, говорит Лаура Кадонати из Технологического института Джорджии в Атланте, работающая в LIGO. «Я знаю, что мы находим их не первый раз, но каждый раз чувствую восторг от того, что мы снова это сделали».