#гравитационные волны

Крупнейший анализ данных гравитационных волн помог поставить под сомнение одну из самых необычных гипотез космологии. Выяснилось, что первичные черные дыры почти наверняка не могут составлять значительную часть темной материи. Это важно, поскольку они десятилетиями считались одними из наиболее необычных и при этом проверяемых кандидатов на роль невидимой массы Вселенной.

Могла ли темная материя оставить след в гравитационных волнах? Задавшись этим вопросом, физики заявили, что в сигналах от слияния черных дыр, регистрируемых с помощью детекторов LIGO, VIRGO и KAGRA, могут скрываться признаки особо легких скалярных частиц — одних из возможных кандидатов на роль темной материи.

Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.

Сближение двух сверхмассивных черных дыр, начавшееся всего через миллиард лет после Большого взрыва, может объяснить загадочный избыток гравитационных волн во Вселенной. К такому выводу ученые пришли, подтвердив существование редчайшей пары квазаров и показав, что слияния гигантских галактик в ранней Вселенной происходили гораздо чаще, чем считалось.

В ядре блазара Markarian 501 (Mrk) обнаружили второй джет — редкое свидетельство возможного существования тесной пары сверхмассивных черных дыр на пороге слияния. Такие системы играют центральную роль в эволюции галактик и считаются источниками гравитационных волн.

Ученые зарегистрировали событие, которое может связать слияние двух черных дыр с гамма-всплеском — явлением, обычно возникающим при столкновениях нейтронных звезд. Открытие имеет важное значение для изучения космоса с помощью гравитационных волн и электромагнитного излучения и показывает, как именно рождаются самые энергичные вспышки во Вселенной.

Астрофизики нашли первые признаки того, что перед слиянием нейтронная звезда и черная дыра вращались друг вокруг друга по вытянутой орбите. Проанализировав сигнал гравитационных волн события GW200105 с помощью новой модели, учитывающей сложную динамику системы, исследователи показали, что орбита была эллиптической. Ее форма поможет понять, где и как формируются столь редкие двойные системы.

Распределение невидимой материи вокруг сливающихся черных дыр и в космическом пространстве способно искажать форму гравитационных волн, которые ученые ловят с помощью интерферометров. К такому выводу астрофизики пришли, проанализировав потенциальное влияние темной материи на движение компактных объектов и распространение гравитационных сигналов.

Спустя менее миллиарда лет после Большого взрыва сверхмассивные черные дыры разрушали звезды значительно чаще, чем сегодня. Новая компьютерная модель показала, что 12-13 миллиардов лет назад частота таких катастрофических событий была в десятки-сотни раз выше современной, а следы «поедания» светил можно искать в ярких вспышках и гравитационных волнах.

Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.  

Событие GW200208 222617, зарегистрированное гравитационными обсерваториями Земли несколько лет назад, стало первым относительно уверенным кандидатом в слияние черных дыр с вытянутыми орбитами. Астрономы выяснили, на что этот признак указывает: слияние, с высокой вероятностью, произошло в довольно плотном скоплении. Ранее скопления с большим числом черных дыр предложили на роль темной материи.

До сих пор совместные наблюдения гравитационно-волновых обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA показывали только 90 кандидатов в слияния, порождающие гравиволны. Новый каталог более чем удвоил число этих объектов и породил серьезные астрофизические вопросы.

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.

Гравитационные волны, порожденные слиянием двух черных дыр, не ограничиваются простыми колебаниями. К такому выводу ученые пришли, расшифровав предсказанный Эйнштейном специфический «звон» новорожденных космических «монстров».

Сегодня во Вселенной известны всего два типа черных дыр: звездной массы (от нескольких до десятков, реже — сотен солнечных масс) и сверхмассивные (от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца). Но поскольку Общая теория относительности допускает существование черных дыр практически любой массы, ученые продолжают поиски «промежуточных» объектов. Недавно, проанализировав данные 11 гравитационно-волновых событий, астрофизики сообщили об обнаружении пяти кандидатов в такие черные дыры.

Определение источника гравитационных волн — непростая задача, ведь «рябь пространства — времени» может дойти до Земли из любой точки космоса. Чем быстрее найдется событие, тем лучше удастся его изучить. Раньше на это уходили часы, а новый алгоритм на основе машинного обучения может обнаружить цель за одну секунду.

Астрофизики предложили заглянуть в недра нейтронных звезд, фиксируя колебания гравитационных волн, возникающих непосредственно в момент слияния. Раскрыть важнейшую информацию о ядерных процессах внутри светил можно, поймав особый «чистый» сигнал.

Открытие гравитационных волн в сентябре 2015 года позволило напрямую изучать самые экстремальные явления во Вселенной. Но можно ли использовать эту «рябь» пространства-времени в качестве средства связи? Чтобы ответить на этот вопрос, авторы нового исследования обозначили основные теоретические и технические проблемы.

Проанализировав 47 столкновений черных дыр, зафиксированных с помощью детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo, и изучив направление движения гравитационных волн, авторы нового исследования проверили гипотезу «зеркальной» симметрии Вселенной. Согласно ей физические законы не меняются, если «поменять местами» лево и право, то есть отразить систему в зеркале.

Взрывы и слияния звезд в космосе не только порождают яркое излучение: от них «содрогается» сама пространственно-временная структура космоса. Такой эффект создает гравитация объектов, переживающих драматические события. Этот феномен получил название «гравитационные волны». Некоторые из них не утихают никогда и таким образом сохраняют память о бесчисленном множестве «умерших» звезд по всей Вселенной. Правда, эту память нелегко распознать, но астрономы все-таки нашли способ.