Гравитационное танго
Астрофизики предложили новое объяснение события GW190521 — необычного гравитационного всплеска от слияния чёрных дыр, зарегистрированного детекторами LIGO и Virgo.
Пока в интернете из каждого угла доносится реклама чёрной пятницы, в разных уголках Вселенной происходят не менее грандиозные «чёрные» события — слияния чёрных дыр. И у нас, землян, относительно недавно появились инструменты, способные зафиксировать эти уникальные моменты, когда из двух маленьких чёрных дыр рождается дыра покрупнее. Это детекторы гравитационных волн международных коллабораций LIGO и Virgo, а также японский детектор KAGRA, запущенный в 2020 году. Гравитационные волны были предсказаны ещё общей теорией относительности Эйнштейна, но долгое время они оставались лишь теорией, пока 14 сентября 2015 года два сверхчувствительных лазерных интерферометра эксперимента LIGO, расположенные в США, не поймали сигнал от слияния двух чёрных дыр массами 36 и 29 солнечных. Европейский гравитационный детектор Virgo тогда «проглядел» это событие, но спустя два года и он смог зафиксировать, как другие две чёрные дыры слились в одну где-то в 1,8 млрд световых лет от Земли.
21 мая 2019 года все три детектора зарегистрировали короткий гравитационный всплеск длительностью всего одну десятую секунды, событие получило название GW190521. Его породило слияние двух чёрных дыр массами примерно 85 и 66 солнечных, произошедшее 7 млрд лет назад на расстоянии около 17 млрд световых лет — на сегодня это самое далёкое из зарегистрированных слияний. Однако астрофизиков заинтересовали не столько рекордные дальности и древности, сколько то, как те чёрные дыры двигались по отношению друг к другу перед слиянием. Форма и длительность гравитационного сигнала зависит от особенностей траектории сближения чёрных дыр, образно говоря, от их последнего гравитационного «танца». Что в свою очередь может пролить свет на прошлое этой системы и ответить на вопрос, как и почему пара чёрных дыр оказалась рядом.
Первоначально астрофизики предположили, что GW190521 — это результат слияния двух быстровращающихся чёрных дыр, находившихся практически на круговой орбите. Однако в недавно опубликованной статье в Nature Astronomy группа исследователей из коллаборации Virgo предложили альтернативный сценарий, по которому одна чёрная дыра захватила своим гравитационным полем «пролетающую» мимо неё другую дыру. Пойманная «жертва» сначала приблизилась к первой чёрной дыре на близкое расстояние, затем «сделала» попытку вырваться, отдалившись на чуть большее расстояние, но, потеряв первоначальную энергию, была уже окончательно поглощена первой дырой. Согласно расчётам, такой сценарий лучше описывает зарегистрированный гравитационный всплеск GW190521, чем предлагавшиеся ранее модели.
Интерес именно к этому событий у астрофизиков не случайный. Одна из участвовавших в слиянии чёрных дыр имеет так называемую «запрещённую» массу около 85 солнечных. Дело в том, что существующие модели образования чёрных дыр из звёзд могут объяснить образование чёрных дыр, масса которых либо меньше 65, либо больше 120 солнечных. Предполагается, что чёрные дыры, попадающие в диапазон 65–120, могли образоваться или в результате слияния менее массивных чёрных дыр или сразу после Большого взрыва, когда могли сформироваться «первичные» чёрные дыры.
