Международная сеть интерферометров LIGO‑Virgo‑KAGRA зафиксировала два события гравитационных волн, произошедших в октябре и ноябре 2024 года, которые являются весьма необычными и, вероятно, были порождены слиянием черных дыр, которые сами родились в результате предыдущих слияний.
Первое событие, обозначенное как GW241011, произошло на расстоянии примерно 700 миллионов световых лет от нас, и его компоненты имели массы около 17 и 7 масс Солнца; более массивная черная дыра обладала одним из самых высоких вращательных моментов из когда-либо зарегистрированных. Второе событие, GW241110, зафиксированное на расстоянии около 2,4 миллиардов световых лет, представляло собой слияние компонентов массой примерно 16 и 8 масс Солнца, при этом первичная черная дыра вращалась в направлении, противоположном орбитальному движению системы — явление, наблюдавшееся впервые.
Эти характерные особенности позволяют предположить, что мы имеем дело с черными дырами «второго поколения», то есть объектами, родившимися в результате предыдущих слияний в экстремальных астрофизических условиях, таких как плотные звездные скопления. Если это подтвердится, то это будет первый случай, когда зарегистрированы сигналы гравитационных волн от подобных объектов. Эти результаты углубляют наше понимание того, как могут формироваться двойные системы черных дыр в сложных средах, и предлагают полигон для проверки как общей теории относительности, так и возможных сценариев, выходящих за рамки стандартной модели физики элементарных частиц.
Два весьма необычных события гравитационных волн В первом событии, GW241011, две черные дыры массой 17 и 7 масс Солнца слились, образовав новую черную дыру, которая вращается с одной из самых высоких скоростей из когда-либо наблюдавшихся. Вращение, или спин, — это скорость, с которой черная дыра вращается вокруг собственной оси, и оно дает важные подсказки о ее происхождении. Столь высокое вращение трудно объяснить, если черная дыра сформировалась непосредственно в результате коллапса звезды: более вероятно, что она произошла от предыдущего слияния, от которого унаследовала часть своей вращательной энергии. Во втором событии, GW241110, первичная черная дыра демонстрировала ретроградный спин, то есть вращалась в направлении, противоположном орбитальному движению двойной системы.
Эту характеристику также трудно объяснить в системе, сформировавшейся изолированно. Более вероятно, что эта черная дыра образовалась в очень густонаселенной среде, такой как звездное скопление, где столкновения между черными дырами происходят часто и могут происходить со случайными ориентациями. В таких условиях последующие слияния и динамические взаимодействия могут приводить к аномальным конфигурациям, подобным наблюдаемой. В обоих случаях значительная разница в массах двух компонентов (примерно 2 к 1) является дополнительным указанием на то, что более крупная черная дыра уже была результатом предыдущего слияния, и, следовательно, мы имеем дело с «иерархическим» слиянием. Подобные слияния могут происходить в плотных звездных скоплениях или в карликовых галактиках с высокой плотностью, где вероятность столкновений между черными дырами значительно выше по сравнению с изолированными системами. Наличие этих двух «аномальных» слияний сигнализирует о том, что сеть LIGO‑Virgo‑KAGRA теперь способна исследовать ранее малоизученные области, открывая новые возможности для понимания механизмов эволюции популяций черных дыр. Последствия для фундаментальной физики Помимо астрофизической значимости, эти наблюдения также позволяют изучать физику в экстремальных условиях, подобных тем, что существуют вблизи черных дыр.
Очень быстрое вращение черной дыры, наблюдавшееся в GW241011, предоставило возможность проверить предсказание общей теории относительности: так называемое «решение Керра», которое описывает поведение пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры. Собранные данные показали очень хорошее соответствие с тем, что предсказывает теория Эйнштейна. Кроме того, тот факт, что эта черная дыра все еще вращается так быстро, даже спустя миллионы или миллиарды лет, противоречит гипотезе о существовании некоторых гипотетических частиц, называемых ультралегкими бозонами. Если бы они существовали, эти частицы могли бы забирать энергию у вращающихся черных дыр, замедляя их со временем. Случай GW241011 не показывает признаков такого замедления, сужая возможный диапазон масс этих бозонов. В более общем плане, наличие столь необычных слияний позволяет предположить, что часть наблюдаемых на сегодняшний день черных дыр может быть второго поколения, рожденными в результате предыдущих слияний в очень плотных средах. Это побуждает исследователей пересматривать модели, которые описывают, как часто происходят такие слияния, каких масс и спинов мы можем ожидать, и сколько их мы сможем наблюдать в будущем. Исследование, сообщающее об открытии, опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/zaregistrirovany-pervye-signaly-gravitacionnyh-voln-ot-chernyh-dyr-vtorogo-pokoleniya/
