Танец черных дыр: рождение волны

Согласно одному из известных следствий Общей теории относительности, взаимодействие двух массивных тел должно порождать гравитационные волны, «рябь» на ткани пространства-времени, которая распространяется по Вселенной со световой скоростью. Обнаружить их напрямую пока не удается, хотя имеется ряд косвенных наблюдений, и ученые полны энтузиазма поймать такую волну в ближайшие годы.

Одним из мощных генераторов гравитационных волн в космосе должны быть сверхмассивные черные дыры в процессе слияния и взаимодействия. К сожалению, создаваемые ими волны слишком велики и плавны для того, чтобы заметить их имеющимися наземными детекторами. Для этого понадобится создание совершенно новых инструментов космического базирования - таких, как LISA, высоко приоритетный европейско-американский проект, который в 2020 г. должен увенчаться выводом на орбиту специального аппарата.

Ну а пока разработчики заняты работой над проектом, ученые работают над вопросом теоретически и готовят математические модели и предсказания, которые помогут ему в наблюдениях. В одном из последних исследований на эту тему авторы рассмотрели некоторые аспекты вспышки, которой должно сопровождаться создание гравитационных волн парой сливающихся дыр.

Представьте, как, вращаясь друг вокруг друга по спирали, дыры теряют энергию, испуская гравитационные волны и все более сближаясь, пока не начнут сливаться. Вообразите эти колоссальные, быстро движущиеся массы, способные сминать пространство-время. И волны, разбегающиеся от них по Вселенной на скорости света, проходящие сквозь звезды и планеты.

Если уловить такую волну, все-таки, удастся, ее характеристики расскажут астрономам немало об объектах, их породивших. Но не скажут одного очень важного: где они находятся и где его можно наблюдать другими инструментами. Для этого придется поискать подходящую вспышку, порожденную слиянием, вспышку, которая может прийти практически в любом диапазоне волн, от радио до рентгена. Пока что нашего понимания механизмов подобных вспышек недостает даже для того, чтобы сказать, насколько обычны они при подобных событиях и достаточно ли сильны для того, чтобы обнаруживаться с Земли.

Процесс этот исследователи под руководством Бруно Джакомазо (Bruno Giacomazzo) смоделировали на суперкомпьютере Pleiades. Точнее говоря, они смоделировали поведение раскаленной заряженной плазмы, облако которой окружает сливающиеся черные дыры на последних этапах этого процесса, в ходе последних их оборотов, когда скорость движения их может достигать половины световой, и последующего слияния. Взгляните на эту удивительную картинку.

Турбулентность вокруг вращающихся дыр приводит к тому, что магнитное поле системы буквально скручивается, сжимаясь и усиливаясь на порядки. Оно, в свою очередь, приводит ко все большему сжатию и уплотнению окружающей плазмы. В центре появляется огромная, лишенная вещества воронка, носик которой вытягивается прочь от аккреционного диска: ученые уверены, что именно он служит «дулом», из которого может вылетать поток излучения. По их даным, яркость такой вспышки должна быть исключительной, в десяток тысяч раз выше предыдущих оценок, сделанных на основе более упрощенных моделей.