• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 июля, 10:22
Александр Березин
7
2 975

Гравитационный телескоп впервые зарегистрировал слияние черных дыр промежуточных масс

❋ 5.4

Гравитационный телескоп LIGO совместно с детекторами Virgo и Kamioka зарегистрировал волны от слияния самой массивной пары черных дыр изо всех, с которым пока сталкивалась гравитационно-волновая астрономия. Слившиеся ЧД имели слишком высокую массу, чтобы возникнуть в результате нормальной звездной эволюции, при этим еще и вращалась почти на пределе теоретически возможного.

Пара сливающихся черных дыр в представлении художника / © Robert Lea

Еще в первой половине прошлого века физики пришли к выводу, что при движении с переменным ускорением тела испускают гравитационные волны, теряя при этом массу. Эйнштейн пришел к выводу (с которым многие физики не согласны до сих пор), что сами гравитационные волны при этом массы не имеют, то есть их излучение означает временное уменьшение массы Вселенной.

Лишь в 2015 году удалось запустить LIGO — систему интерферометров, измеряющих скорость прохождения световых волн на длинных участках достаточно точно, чтобы обнаружить гравиволну. Это возможно за счет того, что при распространении в пространстве-времени такая волна слегка искажает его, то есть в момент прохождения между двумя точками на мгновение меняет расстояние между ними. За первую регистрацию гравитационной волны этой системой дали Нобелевскую премию по физике 2017 года.

Несмотря на огромную чувствительность LIGO, работающего в сочетании с Virgo и Kamioka, пока они могут регистрировать гравиволны лишь от слияния действительно массивных объектов — черных дыр и нейтронных звезд. Прежде чем слиться, они вращаются друг вокруг друга, обеспечивая то самое переменное ускорение, что порождает гравиволны. До сих пор гравитационной астрономии удалось зарегистрировать лишь около 300 таких событий.

Теперь астрономы представили на 24-м Международном конгрессе по общей относительности и гравитации в Глазго (Великобритания) данные по крупнейшему из зафиксированных ими слияний — событию GW231123. Текст научной работы об этом опубликовали на сервере препринтов Корнеллского университета.

Само событие зарегистрировали в ноябре 2023 года, однако его интерпретация заняла больше времени, чем обычно. Причиной стала необычность сигнала. С одной стороны, он указывал на слияние двух ЧД с массами примерно 137 и 103 солнечных. Итоговая ЧД имела массу в 225 солнечных, остальные полтора десятка солнечных масс ушли с гравитационными волнами. Время прохождения гравиволны до нас определить получилось лишь весьма примерно — в диапазоне от 2,28 до 13,37 миллиарда лет. Возраст события — около 9,46 миллиарда лет (z=0,39).

Что особенно необычно, оба объекта перед слиянием имели очень высокую скорость вращения, в 0,90 и 0,80 от максимально возможных (теоретический максимум — 1,0). Такая скорость ведет к значительно более сложной картине гравиволн, поскольку орбита ЧД, крутящихся с такой скоростью, будет неизбежно «подрагивать» перед слиянием.

«Это самая массивная пара черных дыр, что мы наблюдали с помощью гравитационных волн. И она вызов нашему пониманию формирования черных дыр: настолько массивные ЧД не могут появиться через стандартную звездную эволюцию», — отметил один из участников коллаборации, работающей с LIGO, Марк Ханнам (Mark Hannam)

Речь о том, что обычные черные дыры по массе близки к массивным звездам, из которых они и образуются при взрыве сверхновой, сжимающей внутренние части звезды до плотности, делающей ее ЧД. Есть еще намного более «тяжелые» сверхмассивные черные дыры (СМЧД) в центрах галактик, но ясно, что они образуются по другому сценарию.

Черные дыры промежуточных масс, то есть от сотни до сотни тысяч масс Солнца, не могут образоваться ни в результате взрывного коллапса звезды, ни за счет процессов, порождающих СМЧД. Как именно они образуются — все еще не очень понятно, откуда и оговорка Ханнама.

Сильные гравиволны создают своего рода рябь на поверхности пространства-времени. Конечно, ее не видно невооруженным глазом, как на этой визуализации, но зато она меняет скорость прохождения лазерного луча между плечами интерферометром с очень длинной измерительной базой / © NASA

В то же время как раз наблюдение LIGO может дать интересную подсказку в этом отношении. Черные дыры, образующиеся при коллапсе звезды, не должны быстро вращаться, тем более настолько быстро, как эта пара. Но после слияния пары ЧД их угловой момент сохраняется, то есть итоговая черная дыра, которая по массе меньше своих «родителей», из-за потери массы на гравиволны, вращается существенно быстрее, чем любая из «родителей». При каждом следующем слиянии скорость вращения может подниматься.

Таким образом, наиболее вероятный сценарий появления обеих черных дыр промежуточных масс, что впервые зарегистрировал LIGO, — серия слияний черных дыр обычных, звездных, масс. Постепенно продукты слияния становились все массивнее и все быстрее вращались. А та ЧД, что получилась в результате их слияния, может вращаться еще быстрее, ближе к теоретическому пределу.

Ранее Naked Science писал о роли открытия гравитационных волн от слияний ЧД в современной космологии: российский физик Николай Горькавый предложил космологическую модель, в рамках которой именно испускание этих волн запускает Большой взрыв и в конечном счете отвечает за феномен так называемой темной энергии.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Заместитель главного редактора Naked Science. Автор специализируется на популяризации в области истории, космологии, астрономии, медицины, климата, макроэкономики и техники. Лауреат премии «Научный журналист года-2021».
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
15 июля, 13:19
Юлия Тарасова

Чемоданы оказались настоящими рассадниками микробов. Как выяснилось, на отдельных частях дорожных сумок может обитать в 58 раз больше бактерий, чем на сиденьях унитазов в общественном туалете.

16 июля, 10:28
Адель Романова

По мнению ученых, наблюдаемые в атмосфере спутника Сатурна Титана сложные органические молекулы могут соединяться в подобия внутриклеточных органелл — везикул. Более того, в дальнейшем эти структуры способны становиться еще более сложными и образовывать не что иное, как протоклетки.

15 июля, 12:45
ПНИПУ

В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

11 июля, 17:47
Денис Яковлев

Международная команда ученых оценила связь между длительностью физической активности, ее интенсивностью, риском смерти от всех причин и вероятностью развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

15 июля, 11:00
НИУ ВШЭ

В Институте искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН НИУ ВШЭ предложили новый подход, основанный на современных методах машинного обучения, для определения генетического происхождения человека. Графовые нейросети позволяют с высокой точностью различать даже очень близкие популяции.

17 июня, 16:49
Адель Романова

Радиотелескопы уловили очень короткий сигнал, и по его характеристикам стало ясно, что он не может быть естественного происхождения. Астрономы пришли к выводу, что источник находился в околоземном пространстве — там, где уже более полувека летает «мертвый» аппарат NASA.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

[miniorange_social_login]

Комментарии

7 Комментариев
Юрий Багов
11 часов назад
-
0
+
Упомяните еще последнюю надежду всех слабоумных - версию о прямом коллапсе газового облака, отягощенного неведомыми wimp'ами
Isen Hearthan
1 день назад
-
0
+
> Расстояние до источника определить получилось лишь весьма примерно — в диапазоне от 2,28 до 13,37 миллиарда световых лет. Возраст события — около 9,46 миллиарда лет (z=0,39). В абстракте статьи идет речь про luminosity distance. Фотометрическое расстоние. Оно совпадает с реальным только в евклидовом пространстве. На космологических расстояниях оно отличается от реального на 1+z. Я понимаю, что вы не являетесь профильным специалистом и знать этого не обязаны (этим же можно объяснить ваше страстное увлечение трудами Горькавого). Но ради приличия таки поправьте, пожалуйста.
    Александр Березин
    1 день назад
    -
    0
    +
    Isen, еще для приличия можно прочесть у статьи не только абстракт. По сути вопроса. Вселенная расширяется, отчего на данный момент расстояние до источника будет вовсе не то, каким вы его описали, а принципиально иным -- зависящим от постоянной Хаббла (которая, как отмечает ряд работ по теме, на самом деле переменная: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ada0bd ). То есть в реальности речь не идет о 1+z. Речь вообще идет о десятках миллиардов световых лет. Но о скольких точно -- пока никто вполне уверенно сказать не может. Наконец, с кривизной пространства тоже не все так просто, как это кажется. Поэтому я поменял на время прохождения сигнала до нас, благо это уже примерно то, что они там получили моделированием по источнику. И все же на вашем месте я бы избегал называть "реальным расстоянием" то, что от него кратно отличается. Еще небезынтересно то, что вы высказываете мнение о теории Горькавого будучи неспособным предложить к ней какую-то критику по существу. Это понятно: достаточно полистать монографии Горькаового, чтобы заметить, что математика там посложнее, чем та, с которой сталкиваться большинство астрофизиков за свою жизнь. Критиковать то, что не понимаешь, как известно, очень трудно, а написать про "страсть" -- легко, тут же математику знать не надо. Впрочем, это в наши дни явление то ли частое, то ли поголовное: мнение иметь о правоте или неправоте той или иной теории готовы все. А вот считать вопрос самому, или выдвигать по нему конкретные контраргументы подавляющее большинство не спешит.
    +
      ещё комментарии
      Isen Hearthan
      10 часов назад
      -
      0
      +
      Александр, я давно заметил, что вы как-то слишком болезненно реагируете на критику. Так, давайте по порядку. Сначала про luminosity distance: В статье написано: "at luminosity distance 0.7–4.1 Gpc and redshift of 0.39+0.27/ −0.24". То есть в статье указано красное смещение источника с верхней и нижней оценкой -- то есть от z=0.15 до z=0.66. Если записать уравнение Фридмана для постоянной Хаббла и проинтегрировать по z (H0=67.7, Omega_L = 0.685), то можно получить следующие значения для сопутствующего расстояния: Dc(0.15) = 640 Mpc, Dc(0.66) = 2453 Mpc. Можете проверить сами. Умножаем 640 на 1 + 0.15, получаем 0.736 Gpc. Умножаем 2453 на 1 + 0.66. Получаем 4.072 Gpc. Это как раз те самые значения luminosity distance, которые приведены в статье. Зачем авторы приводят отдельно и его, и красное смещение, когда одно в другое легко пересчитывается при известной космологии -- ну видимо как раз намекают что космология не так чтобы известна, и что в разных моделях разные значения. Ну так я тут с авторами и не спорю. Вы же просто сконвертировали эти цифры в световые года и написали что "это расстояние до источника". Суть моего комментария заключалась в том, что нет, это не оно. Расстояние до источника в настоящий момент времени равно как раз 0.640-2.453 Gpc. Ну или условно 0.6-2.5, если округлять. Вариант с "временем происхождения" мне гораздо больше нравится. Спасибо что поправили.
        Александр Березин
        8 часов назад
        -
        0
        +
        Isen, я боюсь, что у нас с вами диаметрально противоположные представления о "болезненном реагировании на критику". В рамках моих представлений об этом вопросе я ответил мягко. Весьма мягко.
      Isen Hearthan
      7 часов назад
      -
      0
      +
      Александр, я прекрасно понимаю, что я вас не переубежу, даже если расшибусь в лепешку, потому что я просто рандомный комментатор в интернетах, тогда как господина Г. вы воспринимаете как непререкаемого авторитета. И тут я спорить не буду, потому что его ранние работы по физике планетарных колец были в самом деле прорывными в свое время. Но по поводу космологии я все-таки напишу. Я буду ссылаться на его первую работу на эту тему, а именно mnras/stw1517 (2016) с которой и началась вся наркомания с "пульсирующей Вселенной". Основной постулат такой, мол, вот мы рассматриваем замкнутую систему, которая теряет массу за счет излучения грав. волн., которые навсегда эту систему покидают и дальше в гравитации никак не участвуют. А дальше из первых принципов получаем уравнение 26 -- второй член в нем как раз и есть "отталкивающая сила". У меня нет претензий к самому уравнению -- в контексте постановки задачи для заданной системы там все верно. Более того, такие задачи решали в прошлом (см. Bondi, 1962). Проблема в том, что в корне неправильно распространять полученные выводы на космологические масштабы, а авторы именно этим и занимаются (см. например "...reduction of the gravitational mass of the system due to emitting gravitational waves" а также "...these mergers act as effective dark energy, if the total mass of the universe is decreased", stw1517) Вот только гравитационные волны продолжают вносить вклад в гравитацию, поскольку они переносят энергию и импульс. См. (Isaacson, 1968) И масса Вселенной не уменьшается. Второй момент, который следует из допущений Горькавого -- это что при подобных допущениях Вселенная перестает быть однородной. В ней появляется выбранное направление и даже "центр". (вроде бы даже им где-то озвучивалось наличие ультра-массивной ЧД) Это, безусловно, глупость, потому что ничего подобного в наблюдениях не было обнаружено.
      Isen Hearthan
      7 часов назад
      -
      0
      +
      Третий момент уже по мелочи. В главе "интерпретация" есть вот такой мысленный эксперимент: "Let us consider the potential (equation 28) assuming that the model Universe with M0 = 1056 g (common estimation of the baryon mass) composed of black holes has underwent 10 mergers of the black holes with a time interval of 20 Myr. Every merger of the black holes results in a 5 per cent loss of the system mass. The final mass of the system after 10 mergers of all black holes will be equal to (1 − 0.05)10 ≈ 0.60." Что это за бред?Откуда взять столько черных дыр, чтобы каждая испытала10 слияний? Да еще с частотой 20 Myr. Да еще учитывая, что с каждым циклом слияний количество ЧД во Вселенной уменьшается вдвое (а соответственно и увеличивается среднее расстояние до них). Затем, кто сказал, что в результате каждого слияния должно выделяться 5%?! Если вы кинете ЧД звездной массы в СМЧД, у вас не излучится 5% массы СМЧД -- 5% это предел в идеальном случае при сферически симметричном столкновении идентичных по массе ЧД без спина. Если что-то подобное и происходило в реальности в прошлом (например при наличиии огромного количества ПЧД в ранней Вселенной, что само по себе вопрос), то суммарный вклад в полную плотность там будет совершенно ничтожным. На порядки меньше реликта.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно