Введение

Недавние исследования в области астрономии открывают новые горизонты в понимании черных дыр и их слияний. Одна из таких историй касается захватывающего события, связанного с двумя массивными черными дырами, которое может изменить наше восприятие гравитации и пространства.

Запретное слияние

Слияние двух черных дыр, которое считалось невозможным, возможно, не так уж и невозможно. Новые исследования показывают, что черные дыры, участвовавшие в этом событии, могли быть меньше, чем считалось ранее. 23 ноября 2023 года детектор гравитационных волн LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) зафиксировал крошечные колебания в пространственно-временном континууме, вызванные слиянием двух черных дыр. Это событие, получившее обозначение GW231123, удивило ученых, так как одно из черных дыр имело массу, в 140 раз превышающую массу Солнца, а другое — 100 солнечных масс.

Необычные характеристики черных дыр

Это открытие вызвало недоумение среди исследователей, так как существующие модели звёздной эволюции с трудом объясняют наличие таких массивных черных дыр, особенно тех, которые вращаются с невероятной скоростью. Ученые пытались выяснить, как могла образоваться такая странная пара черных дыр. Однако команда, стоящая за последними исследованиями, считает, что объяснять это вовсе не нужно. Они предполагают, что массы этих черных дыр могли быть иллюзией.

Гравитационное линзирование

Ключом к этой иллюзии является явление, известное как гравитационное линзирование, впервые предсказанное Альбертом Эйнштейном в его теории гравитации 1915 года. Эта теория также предсказала существование гравитационных волн. Согласно ей, объекты с массой вызывают искривление пространства и времени, объединенных в четырехмерную сущность, называемую «пространственно-временным континуумом». Чем больше масса объекта, тем больше искривление, и, следовательно, тем больше гравитационное влияние.

Гравитационное линзирование происходит, когда свет от заднего объекта проходит мимо массивного переднего объекта. Передний объект может искривить ткань пространства и времени так, что путь света будет изогнут. Это означает, что свет от одного и того же источника может достигать Земли в разное время в зависимости от того, насколько сильно этот свет был отклонен. Эта разница во времени путешествия может увеличивать задний источник, что уже использовалось для наблюдения за удаленными и древними галактиками, которые обычно слишком слабы для наблюдения.

Применение к гравитационным волнам

Команда исследователей считает, что этот эффект также применим к гравитационным волнам, предполагая, что сигнал GW231123 является примером гравитационно линзированных колебаний в пространственно-временном континууме, которые сделали черные дыры больше, чем они есть на самом деле. «Как и свет, гравитационные волны также могут быть отклонены, увеличены и разделены на несколько сигналов массивными объектами,» — отметил член команды Мигель Зумалака́ррегуи, руководитель отдела астрофизической и космологической релятивности в Институте Альберта Эйнштейна.

Математическая модель и результаты

Чтобы исследовать эту возможность, команда разработала математическую модель гравитационного линзирования и создала мощное и быстрое программное обеспечение для ее анализа. «Если предположить, что GW231123 был отклонен и искажен компактным объектом массой около 190-850 солнечных масс, или расширенной структурой, такой как глобулярный кластер, мы можем объяснить наблюдаемые высокие массы,» — добавила член команды Срашти Гоял.

Когда команда смоделировала событие с учетом этого фактора, они обнаружили, что слияние произошло в системе с массой 140 солнечных масс, а не 240 солнечных масс, как считалось ранее.

Загадка линзирующего объекта

Команда пока не знает, какой массивный объект отвечает за линзирование гравитационного волнового сигнала GW231123. Но вне зависимости от его природы, если команда права, линза может быть чем-то весьма уникальным. «Природа линзы остается большой загадкой в нашем анализе, поскольку отдельные компактные линзы с массой от 100 до 1000 солнечных масс должны быть крайне редкими,» — сказал Зумалака́ррегуи. «Будущие работы должны установить, могут ли такие линзы образовываться, или же ансамбль более легких объектов, включая звезды, может объяснить это событие.»

Будущие исследования

Команда пока не может окончательно сказать, является ли GW231123 первым гравитационно линзированным сигналом гравитационных волн. Поиск будущих сигналов подобного типа потребует улучшения чувствительности детекторов, таких как LIGO. Тем не менее, даже до этого, исследования указывают на полезность астрономии гравитационных волн для изучения некоторых из самых violent событий во Вселенной.

Заключение

Исследования, опубликованные 25 августа в Astrophysical Journal Letters, открывают новые перспективы в области астрофизики и подчеркивают важность гравитационных волн как инструмента для понимания сложных процессов во Вселенной. Впереди нас ждут еще много открытий, которые помогут разгадывать тайны космоса и его загадочных объектов.