№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Ученые обнаружили в космосе нетипичное столкновение черных дыр

Фото: NASA

Они сталкивались по неожиданному сценарию.

Ученые зафиксировали рябь в пространстве-времени, вызванную столкновением двух черных дыр, и получили много новой информации об этих объектах. Обычно слияние черных дыр происходит в двойной черной дыре, где обе дыры движутся друг к другу по спирали.

Однако из примерно 90 таких слияний, обнаруженных на данный момент, одно выделяется как весьма своеобразное. Обнаруженный в мае 2019 года объект GW19052 испускал пространственно-временные колебания, не похожие на любые другие. 

«Его морфология и взрывоподобная структура сильно отличаются от предыдущих наблюдений. Объект GW190521 изначально считался слиянием двух быстро вращающихся тяжелых черных дыр, приближающихся друг к другу по почти круговым орбитам, но его особенности заставили нас предложить другие возможные интерпретации», – Росселла Гамба, астрофизик из Йенского университета в Германии.

В частности, трудно было объяснить короткую и резкую продолжительность сигнала гравитационной волны. В результате слияния черных дыр всегда высвобождается огромное количество энергии в форме гравитационных волн – будто рябь от камня, брошенного в пруд. Но гравитационные волны (пусть и более слабые) должны генерироваться и и во время того, как две черные дыры неумолимо сближаются по спирали.

«Форма и краткость (менее одной десятой секунды) сигнала, связанного с этим конкретным слиянием, приводят нас к гипотезе о мгновенном слиянии двух черных дыр, которое произошло в отсутствие спиралевидной фазы», ​​– объясняет астроном Алессандро Нагар из Национального института ядерной физики в Италии.

Есть несколько способов получить пару таких гравитационно взаимодействующих черных дыр. Во-первых, они могли бы находиться рядом, образовавшись из маленьких звезд из одного и того же куска молекулярного облака в космосе.

Другая версия предполагает, что два таких объекта прошли достаточно близко друг от друга, чтобы гравитационно «зацепиться» в так называемом динамическом столкновении. Именно это, по мнению Гамбы и ее коллег, могло произойти с GW190521.

Ученые разработали симуляции для проверки своей гипотезы. Они смоделировали столкновение черных дыр, изменив такие параметры, как траектория, вращение и масса, чтобы попытаться воспроизвести странный сигнал гравитационной волны, обнаруженный в 2019 году.

Их результаты показывают, что две черные дыры возникли не являлись изначально двойной черной дырой, а попали в гравитационную паутину друг друга, пройдя по невероятной эксцентричной петле, прежде чем столкнуться друг с другом, образовав одну большую черную дыру. И ни одна из черных дыр в этом сценарии не вращалась.

«Разрабатывая точные модели с использованием самых современных аналитических методов и численного моделирования, мы обнаружили, что крайне эксцентричное слияние в этом случае объясняет наблюдение лучше, чем любая другая гипотеза, выдвинутая ранее. Вероятность ошибки 1:4300», – Маттео Брески, астроном из Йенского университета.

Команда отмечает, что такой сценарий вполне возможен в «густонаселенной» области космоса, такой как звездное скопление, где подобные гравитационные взаимодействия более вероятны. Эти выводы соответствуют предыдущим открытиям о GW190521. Масса одной из черных дыр в слиянии примерно в 85 раз превышает массу Солнца.

Согласно текущим моделям, черные дыры с массой более 65 солнечных не могут образоваться из одной звезды, и единственный способ образования таких объектов – слияние двух черных дыр с меньшей массой.

Динамические столкновения между черными дырами считаются довольно редкими, и данные о гравитационных волнах, собранные на сегодняшний день, подтверждают это. Однако редкое не означает невозможное: новая работа предполагает, что GW190521 может быть первым подобным объектом в ряду будущих открытий.