Гравитационные волны помогут раскрыть тайну возникновения сверхмассивных чёрных дыр

До сих пор среди астрономов нет единого мнения в отношении того, каким образом образовывались сверхмассивные чёрные дыры. По одной из версий это могло происходить в процессе роста и распада первого поколения звёзд. По другой – при столкновении двух звёздных тел, входивших в состав плотного звёздного скопления ранней Вселенной, или при коллапсе (катастрофически быстром сжатии) любых чрезвычайно массивных звёзд.

Но в любом случае такие события должны были оставить характерные "подписи" в виде гравитационных волн. При этом, из-за того что начальные массы тел в каждой из представленных теорий отличаются, по характеру гравитационно-волновых сигналов можно будет установить, какая из версий верна.

Учёные из Даремского университета начали работу над масштабной космологической моделью, которая в будущем сможет предсказывать параметры, необходимые для обнаружения новых гравитационных волн, возникающих при столкновении сверхмассивных чёрных дыр.

Исследователи говорят, что зная амплитуду и частоту этих волн можно восстановить изначальную массу чёрных дыр в момент их образования около 13 миллиардов лет назад, задолго до того как они выросли в настоящих космических монстров.

В своей работе команда астрофизиков объединила реалистичную компьютерную симуляцию EAGLE, которая воспроизводит известную часть Вселенной, с моделью распространения гравитационных сигналов.

Расчёты показали, что после того, как в 2034 году в космосе будут развёрнуты компоненты масштабного эксперимента eLISA (улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра), учёные смогут каждый год как минимум дважды регистрировать гравитационные колебания от столкновений сверхмассивных чёрных дыр.

Отметим, что после того как коллаборация LIGO дважды зарегистрировала гравитационные волны с помощью наземных детекторов, а космический аппарат LISA Pathfinder доказал возможность размещения ещё более точных гравитационных регистраторов в космическом пространстве, американское и европейское космические агентства одобрили программу eLISA. В рамках её в космос отправятся три детектора, которые выстроятся в форме правильного треугольника с длинной сторон около одного миллиона километров. Полученная таким образом гигантская версия интерферометра Майкельсона сможет по слабым изменениям взаимного положения детекторов не только засекать гравитационные волны, но и определять их поляризацию и направление на источник.

Поскольку размеры такой антенны превзойдут самый большой земной аналог в 250 тысяч раз, она сможет засекать гравитационные волны с самой низкой частотой, которые должны возникать при столкновении самых больших объектов во Вселенной.

"Чёрные дыры имеют основополагающее значение для формирования галактик и, как предполагается, они находятся в центре большинства галактик, включая наш Млечный Путь, — сообщает в пресс-релизе соавтор исследования профессор Ричард Бауэр (Richard Bower). – То, как они возникли, является одной из нерешённых проблем космологии и астрономии. Но наше исследование показало, что космические детекторы обеспечат новый взгляд на природу сверхмассивных чёрных дыр".

"Узнавая больше о природе гравитационных волн, мы сможем совершенно по-другому изучать Вселенную", – добавляет ведущий автор исследования Джейми Сальцидо (Jaime Salcido).

Учёные представили свою работу на встрече Британского королевского астрономического общества, а более подробные результаты, полученные с использованием суперкомпьютеров будут раскрыты на ежегодной выставке Лондонского королевского общества, которая пройдёт в столице Великобритании с 4 по 10 июля.