В 2016 году ученым с помощью детекторов LIGO/Virgo впервые в истории удалось зафиксировать предсказанные Эйнштейном гравитационные волны. Их источником было слияние двух черных дыр, находившихся внутри огромной звезды.
Когда гравитационно-волновая астрономия стала реальностью, появились новые исследования. В двух из них изучили статистику слияний черных дыр. Результаты предполагают, что в распределении спинов (направления оси вращения) черных дыр есть что-то необычное, пишет Ars Technica.
Гравитационные волны являются результатом движения массы в пространстве и времени. Она растягивает пространство и время, вызывая эффект ряби, очень похожий на волны от носовой части лодки, движущейся по воде. И, как и в случае с такой волной, чем больше и быстрее масса, тем больше волна. Но наблюдать гравитационные волны можно лишь от очень тяжелых объектов, движущихся чрезвычайно быстро. Способны на это пары черных дыр, которые находятся на грани своей «смерти» и столкновения. В течение последних нескольких вращений скорости двух черных дыр составляют приличную долю скорости света.
Эти события производят массивные гравитационные волны, которые достигая нас представляют собой лишь рябь, которая растягивает расстояние между Нью-Йорком и Лос-Анджелесом (около 4 тыс. км) на несколько фемтометров. Для сравнения, размер атома водорода составляет порядка 100 тыс. фемтометров.
Когда две черные дыры вращаются вокруг друг друга, их орбита задает плоскость, причем в плоскости направление орбиты заканчивается либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Двойные черные дыры также могут крутиться, но не обязательно в плоскости или том же направлении, что и орбитальное вращение. По мнению исследователей, вращение черной дыры случайное. Однако в бинарной (двойной) черной дыре, состоящей из двух черных дыр, находящихся на близкой орбите друг относительно друга, два спина будут направлены в противоположные стороны. Например, если одна черная дыра вращается по часовой стрелке под углом 90 градусов к плоскости орбиты, то вторая будет вращаться против часовой стрелки под углом 90 градусов к плоскости орбиты.
Если вращения черных дыр не совпадают их орбитами, то черные дыры будут прецессировать
Явление, при котором ось вращения тела меняет свое направление в пространстве., как волчки, сохраняя при этом свое антивыравнивание. Это также может вызывать колебание в плоскости орбиты и возможность своего рода резонанса, называемого спин-орбитальным резонансом — когда ориентация вращения вызывает изменение ориентации орбиты, что приводит к изменению ориентации вращения и так далее.
Исследователи предположили два возможных распределения спинов: равномерное (без предпочтительной ориентации) и пиковое распределение (предпочтительная ориентация). Результат в обоих случаях показал, что антивыравнивание спинов черных дыр было предпочтительным. Это частично подтверждает предсказания модели, которые приводят к спин-орбитальному резонансу. Даже если предполагаемый спин черной дыры не имеет предпочтительной ориентации, данные указывают на ориентацию под углом 45 градусов к плоскости орбиты.