Сотрудничество LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) зарегистрировало слияние наиболее массивных чёрных дыр, когда-либо наблюдавшихся с помощью гравитационных волн. Это событие произошло на обсерваториях LIGO. В результате мощного слияния образовалась финальная чёрная дыра массой примерно в 225 раз больше массы нашего Солнца.
Сигнал, обозначенный как GW231123, был обнаружен 23 ноября 2023 года во время четвёртого наблюдательного цикла сети LVK.
История LIGO
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) в 2015 году вошла в историю, впервые осуществив прямое обнаружение гравитационных волн — ряби в пространстве-времени. В том случае волны возникли в результате слияния чёрных дыр, в результате которого образовалась финальная чёрная дыра массой в 62 раза больше массы нашего Солнца. Сигнал был обнаружен совместными усилиями двух детекторов LIGO, один из которых расположен в Ливингстоне, Луизиана, а другой — в Хэнфорде, Вашингтон.
Объединение усилий
С тех пор команда LIGO объединилась с партнёрами из детектора Virgo в Италии и KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) в Японии, чтобы сформировать сотрудничество LVK. Эти детекторы в четвёртом цикле наблюдений зарегистрировали более 200 слияний чёрных дыр, а всего с начала первого цикла в 2015 году — около 300.
Предыдущие наблюдения
До настоящего времени наиболее массивное слияние чёрных дыр, произошедшее в 2021 году под названием GW190521, имело общую массу в 140 раз больше массы Солнца.
Особенности GW231123
В более позднем событии GW231123 чёрная дыра массой в 225 солнечных масс образовалась в результате слияния чёрных дыр, каждая из которых имела массу примерно в 100 и 140 раз больше массы Солнца. Помимо большой массы, чёрные дыры также быстро вращаются.
Марк Ханнам из Кардиффского университета и участник сотрудничества LVK говорит: «Это наиболее массивная пара чёрных дыр, которую мы наблюдали с помощью гравитационных волн, и она представляет собой реальный вызов для нашего понимания формирования чёрных дыр».
«Чёрные дыры такой массы запрещены стандартными моделями звёздной эволюции. Одна из возможностей состоит в том, что две чёрные дыры в этой паре образовались в результате более ранних слияний меньших чёрных дыр», — объясняет он.
Реакция экспертов
Дейв Рейтце, исполнительный директор LIGO в Калифорнийском технологическом институте, отмечает: «Это наблюдение ещё раз демонстрирует, как гравитационные волны уникальным образом раскрывают фундаментальную и экзотическую природу чёрных дыр по всей Вселенной».
Гравитационные волны, излучаемые при слиянии чёрных дыр, предоставляют уникальную возможность изучения этих космических объектов. Однако анализ таких сигналов требует использования сложных моделей, учитывающих динамику вращения чёрных дыр.
Чарли Хой из Университета Портсмута и участник LVK объясняет: «Чёрные дыры, по-видимому, вращаются очень быстро — почти на пределе, допускаемом теорией относительности Эйнштейна. Это затрудняет моделирование и интерпретацию сигнала».
Будущие исследования
Исследователи продолжают совершенствовать свой анализ и улучшать модели, используемые для интерпретации таких экстремальных событий. «Потребуются годы, чтобы сообщество полностью разобралось в этой сложной картине сигнала и во всех её последствиях», — говорит Грегорио Карулло из Университета Бирмингема и участник LVK.
Гравитационные волновые детекторы, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, предназначены для измерения мельчайших искажений в пространстве-времени, вызванных бурными космическими событиями. Четвёртый наблюдательный цикл начался в мае 2023 года, и дополнительные наблюдения за первую половину цикла (до января 2024 года) будут опубликованы позже летом.
Софи Бини, постдокторант Калифорнийского технологического института и участник LVK, говорит: «Это событие доводит наши приборы и возможности анализа данных до предела того, что возможно в настоящее время. Это мощный пример того, сколько мы можем узнать из гравитационно-волновой астрономии — и сколько ещё предстоит узнать».
Данные, использованные для обнаружения и изучения GW231123, будут доступны для анализа другим исследователям через Центр открытых научных данных о гравитационных волнах (GWOSC).
Данные предоставлены Калифорнийским технологическим институтом.