Ученые впервые измерили скорость отскока новорожденной черной дыры
Открытие стало возможным благодаря анализу гравитационных волн — ряби в пространстве-времени, существование которой предсказал Альберт Эйнштейн и которую впервые удалось зарегистрировать лишь в 2015 году. В апреле 2019 года детекторы LIGO в США и Virgo в Италии уловили сигнал GW190412 от слияния двух черных дыр с массами 29,7 и 8,4 солнечных масс на расстоянии более 2,4 миллиарда световых лет от Земли.
Особенность этого события заключалась в значительной разнице масс сливающихся объектов. Когда черные дыры сильно отличаются по размеру, их слияние происходит несимметрично, из-за чего возникает необычное явление, получившее название «натальный толчок» — новорожденная черная дыра получает мощный импульс и улетает из места слияния прочь, как пушечное ядро.
«Мы увидели замечательную демонстрацию возможностей гравитационных волн», — отметил соавтор исследования Коустав Чандра из Университета штата Пенсильвания. «Это один из немногих феноменов в астрофизике, где мы не просто что-то обнаруживаем, мы реконструируем полное трехмерное движение объекта, который находится в миллиардах световых лет от нас, и делаем это при помощи одной лишь ряби в пространстве-времени».
Астрофизики определили, что после слияния новая черная дыра полетела прочь со скоростью около 180 тысяч километров в час. Такой скорости более чем достаточно, чтобы покинуть плотное скопление звезд, где произошло слияние, и стать блуждающей черной дырой.
Ключ к измерению скорости отдачи лежит в особенностях гравитационных волн. Когда черные дыры разных размеров сближаются по спирали, производимые ими волны выглядят по-разному с разных углов наблюдения. Анализируя эти различия, ученые могут определить направление толчка. Скорость же вычисляется на основе соотношения масс и вращения исходных черных дыр — информации, которая также извлекается из гравитационно-волнового сигнала.
Почему ученые сосредоточили свое внимание на этих процессах? Дело в том, что, если отдача достаточно сильна, чтобы выбросить слившуюся черную дыру из звездного скопления, это предотвращает ее дальнейшие слияния с другими черными дырами. А значит, она не сможет вырасти в сверхмассивную черную дыру — объект с массой от 100 тысяч до 50 миллиардов солнечных масс, который находится в центре большинства галактик.
Интересно, что теоретическая модель для измерения таких «натальных толчков» была разработана еще в 2018 году соавтором исследования Хуаном Кальдероном Бустильо и его коллегами. Однако до обнаружения GW190412 у них не было реальных данных для проверки своих расчетов.
Теперь команда планирует искать новые случаи слияний черных дыр, чтобы измерить происходящие процессы как с помощью гравитационных волн, так и при помощи оценки видимого, светового излучения. Это поможет глубже понять, как эти космические монстры растут и эволюционируют во Вселенной.
