Астрофізики за допомогою детекторів LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) вловили гравітаційні хвилі внаслідок найбільшого з відомих злиття чорних дір в історії на околицях галактики Чумацький шлях.
Утворена внаслідок цього злиття чорна діра у 225 разів масивніша за наше Сонце. Найбільший інтерес в дослідників викликали маси чорних дір, що злились одна з одною. Їхні маси приблизно у 100 та 140 разів більші за масу Сонця. Чорні діри таких розмірів потрапляють у так званий «пробіл мас», який кидає виклик загальноприйнятим уявленням про формування розривів простору-часу.
«Ми очікуємо, що більшість чорних дір утворюються внаслідок смерті зірок. Якщо зірка досить масивна, вона колапсує у чорну діру. Але стосовно дійсно масивних зірок наші теорії кажуть, що колапс нестабільний, і більшість маси викидається у вибухи наднових, отже чорна діра не може утворитися. Ми не очікуємо утворення чорних дір з масою від 60 до 130 мас Сонця. У цьому спостереженні чорні діри, мабуть, знаходяться в цьому діапазоні мас», — зазначає професор фізики Кардіффського університету в Уельсі та учасник колаборації LVK Марк Ханнем.
Чорні діри утворюються внаслідок колапсу масивних зірок і збільшуються, поглинаючи газ, пил, зірки та інші чорні діри. Наразі науковці поділяють чорні діри на дві категорії — чорні діри із масою від кількох до кількох десятків мас Сонць, та надмасивні чорні діри — маси яких можуть становити від 100 тис. до 50 млрд сонячних мас.
Однак ті, що потрапляють у проміжок між цими двома діапазонами мас, відомі як чорні діри проміжної маси, фізично не здатні утворитися в результаті прямого зоряного колапсу і тому трапляються вкрай рідко. Однак астрофізики виявили свідчення їхнього існування і припустили, що вони можуть утворюватись за рахунок злиття з іншими чорними дірами.
Свідчення такого злиття були отримані 23 листопада 2023 року, коли детектори Лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) в Луїзіані та Вашингтоні вловили відповідні гравітаційні хвилі. Обидва детектори, кожен з яких має два Г-подібних плеча довжиною 4 кілометра з двома ідентичними лазерними променями, сконструйовані таким чином, що при проходженні гравітаційної хвилі через Землю лазерний промінь в одному плечі детектора зменшується, а в іншому розширюється, що призводить до невеликої зміни відносної довжини шляху променів.
Сигнал, який вловили детектори, надходив від двох масивних чорних дір, які швидко обертались навколо власної вісі. Астрономи зазвичай аналізують злиття чорних дір, моделюючи сигнали від різних типів подвійних систем чорних дір, перш ніж порівнювати їх з будь-яким новим виявленим сигналом. Однак цей метод буде ефективним лише за умови точності моделі, а рівняння Ейнштейна складніше розв’язати, коли чорні діри швидко рухаються.
«Чорні діри в GW231123, мабуть, обертаються з високою швидкістю, і наші різні моделі дають різні результати. Це означає, що, хоч ми впевнені у величезній масі чорних дір, ми не можемо виміряти їх маси досить точно. Наприклад, можливі маси меншої чорної діри охоплюють весь інтервал мас», — пояснює Марк Ханнем.
Для точного підрахунку мас чорних дір астрофізикам необхідно буде вдосконалити власні моделі. Детектори гравітаційних хвиль LIGO, Virgo та KAGRA зафіксували 300 злиттів з початку першого запуску у 2015 році, і лише у четвертому запуску було виявлено 200 злиттів.
Джерело: LiveScience
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: