Астрономы впервые увидели всплеск света от столкновения двух черных дыр. Объекты встретились находясь на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет от Земли. В момент их встречи в вихре горячей материи, вращающейся вокруг более крупной, сверхмассивной черной дыры, началось слияние. Этот водоворот называется аккреционным диском и вращается вокруг горизонта событий черной дыры – места в космосе, в котором сила гравитация настолько сильна, что даже фотоны света не могут ее покинуть. Вот почему ученые никогда не видели столкновения двух черных дыр. В отсутствие света идентифицировать такие слияния можно только обнаружив гравитационные волны – рябь в пространстве-времени, создаваемой столкновениями массивных объектов.
Столкновение двух сверхмассивных черных дыр может выглядеть так
Эйнштейн был не прав?
Впервые существование гравитационных волн предсказал Альберт Эйнштейн, но он не думал, что их когда-то удастся обнаружить. Они казались слишком слабыми, чтобы уловить их сигнал на Земле среди всего этого шума и вибрации. В течение 100 лет казалось, что Эйнштейн был прав. Но в 2015 году LIGO и VIRGO – детекторы гравитационных волн, расположенные в EGO (Европейская гравитационная обсерватория в Вашингтоне и Луизиане) впервые зафиксировали гравитационные волны: сигналы от слияния двух черных дыр на расстоянии около 1,3 миллиардов световых лет от Земли.
Открытие положило начало новой области астрономии и принесло Нобелевскую премию по физике исследователям, которые работали над проектом. На этот раз ученые сравнили столкновение сверхмассивных черных дыр, так как детектор LIGO впервые обнаружил всплеск света, что раньше казалось невозможным, поскольку черные дыры не излучают свет.
Изображение художником быстро вращающейся сверхмассивной черной дыры, окруженной аккреционным диском. Ключевые особенности черных дыр обозначены красным цветом.
(ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser; Business Insider)
Исследователи полагают, что сила столкновения двух массивных объектов заставила вновь образовавшуюся черную дыру проскочить через газ аккреционного диска вокруг более крупной черной дыры. В пресс-релизе исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters говорится, что именно реакция газа на ускорение создает яркую вспышку, видимую в телескопы. Команда астрономов Калифорнийского технологического института ожидает увидеть еще один всплеск от той же черной дыры через несколько лет, когда она, согласно прогнозам, снова войдет в аккреционный диск сверхмассивной черной дыры.
Причина, по которой поиск таких всплесков важен, заключается в том, что они помогают в вопросах астрофизики и космологии. Если мы сможем снова обнаружить свет от слияния других черных дыр, то больше узнаем о происхождении этих таинственных объектов.
Соавтор исследования Манси Касливал, доцент астрономии Калифорнийского технологического института.
Оба детектора и LIGO и VIRGO зафиксировали возмущения в пространстве-времени в мае 2019 года. Всего через несколько дней телескопы Паломарской обсерватории недалеко от Сан-Диего заметили яркую вспышку света, исходящую из того же самого места в космосе. Позже исследователи просмотрели архивные изображения этой области неба и заметили всплеск. Вспышка медленно угасала на протяжении месяца. Временная шкала и местоположение совпадали с данными LIGO. В ходе работы команда пришла к выводу, что всплеск, вероятно, является результатом слияния двух черных дыр, однако полностью исключить другие варианты нельзя. Тем не менее, им удалось исключить вероятность того, что всплеск произошел в результате обыкновенных взрывов в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, так как до всплеска, на протяжении 15 лет, диск вел себя относительно спокойно.
Авторы исследования считают, что такие сверхмассивные черные дыры, как эта, постоянно вспыхивают. В то же самое время размер и местоположение этой вспышки впечатляют.
Изучение гравитационных волн
В будущем исследователи ожидают больше подобных открытий. Все потому, что в ближайшие несколько лет должна начать работу новая гравитационно-волновая обсерватория – гравитационно-волновой детектор Камиоки (KAGRA). С помощью KAGRA, LIGO и VIRGO ученые рассчитывают сузить поиски местоположения массивных столкновений в три раза. Это также поможет улучшить оборудование телескопов для более точного обнаружения этих событий, вызывающих гравитационные волны и обнаружения испускаемого ими света. Как полагают авторы научной работы, новая глобальная сеть детекторов в конечном итоге может обнаруживать до 100 столкновений в год.