В XX веке теоретики пришли к удивительному выводу: любые объекты, движущиеся с переменным ускорением, способны излучать гравитационные волны, теряя часть своей массы. Альберт Эйнштейн подчеркнул при этом, что сами гравитационные волны массы не имеют — их появление подразумевает только временное снижение массы Вселенной. Это предсказание долгое время оставалось вне досягаемости прямого наблюдения, однако все изменилось с развитием современных технологий.
Рождение гравитационной астрономии: LIGO, Virgo и Kamioka
Настоящий прорыв в детектировании гравитационных волн произошёл в 2015 году, когда была запущена уникальная система интерферометров LIGO. Одним из ключевых инструментов наблюдений стал принцип, согласно которому гравитационная волна вызывает сверхмалое, но измеримое изменение расстояния между точками пространства. Благодаря этому впервые было зафиксировано явное свидетельство существования гравитационных волн, что вскоре принесло авторам проекта Нобелевскую премию по физике.
В дальнейшем глобальная сеть приборов, включающая LIGO, европейский Virgo и японский обсерваторий Kamioka, открыла новую эру гравитационной астрономии. Несмотря на рекордную чувствительность, эти обсерватории пока способны фиксировать только колоссальные явления — слияния черных дыр или нейтронных звезд. К моменту последнего крупного открытия было зарегистрировано уже около трех сотен таких грандиозных событий.
Самое массивное слияние: уникальные данные GW231123
В 2023 году на Международном конгрессе по общей теории относительности и гравитации ученые впервые представили выводы о крупнейшем из обнаруженных слияний (GW231123). Два колоссальных объекта — черные дыры массой около 137 и 103 солнечных превратились в новую черную дыру, масса которой составила примерно 225 солнечных. Остальные массы были утеряны, унесённые мощным потоком гравитационных волн. Это событие произошло предположительно на расстоянии от 2,3 до 13,4 миллиарда световых лет и датируется эпохой спустя 4,3 миллиарда лет после Большого взрыва.
Необычная особенность этого случая — невероятно высокая скорость вращения обеих черных дыр перед слиянием, оценённая в 80% и 90% от теоретического максимума. Подобный эффект существенно усложняет структуру испускаемых гравитационных волн и может указывать на уникальный эволюционный путь объектов.
Вызов традиционной космологии: комментарий Марка Ханнама
Профессор Марк Ханнам, участник коллаборации LIGO, отметил: «Это самая массивная пара черных дыр из всех когда-либо наблюдаемых через гравитационные волны, и она буквально бросает вызов нашим прежним представлениям о происхождении подобных объектов. Такие массивные черные дыры не могут формироваться в результате стандартной звездной эволюции». Обычно черные дыры, возникающие в результате взрыва массивных звезд, имеют массу, сходную со звездой-прародителем.
В то же время сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, появились иным путем и достигают миллионов и даже миллиардов солнечных масс. Промежуточные черные дыры (от сотни до сотен тысяч солнечных масс) остаются загадкой современной астрофизики: ни обычные звездные механизмы, ни сценарии формирования сверхмассивных объектов не могут объяснить появление таких тяжелых и при этом быстрых черных дыр.
Серия слияний: ключ к пониманию рождения промежуточных черных дыр
Интерпретация необычного события GW231123 подталкивает ученых к новому сценарию. Черные дыры, рождающиеся после взрыва звезд, обычно вращаются сравнительно медленно. Однако, если за миллиарды лет они проходят несколько фаз поэтапного слияния с другими черными дырами, каждый раз результирующий объект получает дополнительный запас углового момента и массы. По мнению исследователей, именно это может объяснить рекордные значения скорости вращения у впервые обнаруженной парочки промежуточных черных дыр и их необычно большую массу.
Этот путь, своеобразная лестница эволюции, отлично согласуется с наблюдениями LIGO, Virgo и Kamioka, внушая надежду, что дальнейшее совершенствование технологий детектирования позволит на практике проследить зарождение и развитие «ступенчатых» черных дыр в различных частях Вселенной.
Оптимизм научного сообщества и идеи Николая Горькавого
Новые достижения гравитационной астрономии поддерживаются и свежими космологическими моделями. Российский физик Николай Горькавый выдвинул привлекательную гипотезу: возможно, испускание гравитационных волн при слиянии черных дыр выступает своеобразным «спусковым крючком» запускающим Большой взрыв и тем самым определяет загадочные свойства темной энергии, наблюдаемые сегодня астрономами.
Обнаружение столь необычного события, как GW231123, создает прочный фундамент для дальнейших поисков и исследований. Именно такие открытия постепенно снимают завесу таинственности с процессов, формирующих структуру и динамику Вселенной в целом.
Будущее гравитационной астрономии: новый взгляд на Вселенную
С каждым новым событием, зафиксированным LIGO, Virgo и Kamioka, ученые получают дополнительные аргументы в пользу развития идеи гравитационной астрономии. Сегодня мы стоим на пороге эпохи, когда наблюдение гравитационных волн меняет не только представления о рождении и эволюции черных дыр, но и раскрывает всё новые горизонты бессмертной загадки космоса. Опыт вдохновляющих команд под руководством таких специалистов как Марк Ханнам и Николай Горькавый подчеркивает: самые волнующие открытия еще впереди, а будущие миссии откроют новые горизонты понимания мироздания.
Гигантский шаг, сделанный коллаборацией детекторов гравитационных волн, доказывает: сотрудничество ученых со всего мира способно решать самые сложные головоломки Вселенной и приближать человечество к разгадке ее тайных механизмов. Ожидается, что с появлением новых, еще более мощных инструментов, в ближайшие годы гравитационная астрономия продемонстрирует настоящую революцию в понимании космических процессов.
Источник: naked-science.ru
