Астрономы раскрыли тайну рождения "нобелевских" гравитационных волн - «Космос»

© Fedrow et al. / PRL 2017Кадры из симуляции процесса рождения черных дыр в недрах звезды

МОСКВА, 19 дек — Новости Дня. Вспышка гравитационных волн, пойманная обсерваторией LIGO в сентябре 2015 года, не могла возникнуть в результате образования пары черных дыр в недрах одной крупной звезды, заявляют астрономы в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Ученые: LIGO показал, что все черные дыры сливаются по одному сценарию"Результаты наших расчетов показывают, что если бы пара черных дыр, породившая вспышку GW150914, возникла в недрах одной звезды, то их слияние было бы более коротким, чем на самом деле. Узоры реальных и виртуальных гравитационных волн начинают совпадать только тогда, когда плотность звезды в нашей модели понижается до уровня вакуума", — рассказывает Джозеф Федроу (Joseph Fedrow) из университета Киото (Япония).

В сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 65 Солнц. Впоследствии LIGO зафиксировал еще пять событий, также вызванных, за одним исключением, слияниями крупных черных дыр.

Это открытие запустило новый виток споров среди ученых: как именно могли возникнуть такие пары черных дыр и можно ли проследить историю их образования по тому, как происходит слияние.

Некоторые астрономы считают, что черные дыры в таких парах рождаются в одиночестве и лишь через очень продолжительное время сближаются друг с другом и сливаются. Эта теория накладывает очень строгие ограничения на частоту слияний и место, где они могут происходить, — фактически пары черных дыр возникают только в сверхплотных шаровых скоплениях на окраинах галактик.

Ученые узнали, как родились черные дыры, породившие гравитационные волны

Есть и альтернативная теория, избавленная от подобных недостатков. Ее сторонники полагают, что пары черных дыр формируются сразу после смерти особо крупных звезд, чья масса превышает солнечную в 50-60 раз. На последних этапах жизни в таких светилах могут возникнуть аномально плотные области, которые заставляют их в буквальном смысле разорваться на части, превратившись в две нейтронные звезды или черные дыры.

В качестве доказательства авторы этой идеи указывали на одну из главных загадок — вспышку гравитационных волн, за открытие которой американские ученые получили в этом году Нобелевскую премию по физике. Дело в том, что телескоп "Ферми" тогда зафиксировал слабую гамма-вспышку, возникшую приблизительно в то же время и в той же части небосвода, где был и всплеск GW150914.

Федроу и его коллеги решили проверить, могло ли так быть на самом деле, для чего создали компьютерную модель звезды массой в 60 Солнц, в теории способную породить пару черных дыр нужной массы. Наблюдая за формированием этих объектов и их последующим столкновением, ученые сравнивали полученные профили гравитационных волн с данными с LIGO и пытались добиться идентичности.

Как оказалось, высокая плотность недр даже весьма "престарелых" и раздутых звезд заметно ускоряла процесс слияния черных дыр: они замедляют движение, "цепляясь" за окружающий их сверхплотный газ. Как показывают расчеты ученых, в результате этого торможения длина вспышки сократится в 1,5-3 раза.

Ученые: LIGO показал, что все черные дыры сливаются по одному сценарию

Поэтому гравитационные волны, порожденные такими черными дырами-"двойняшками", будут заметно отличаться от возникающих в результате слияний одиночных черных дыр. Однако ни один из сценариев, просчитанных Федроу и его коллегами, не похож на GW150914 и другие вспышки гравитационных волн, зафиксированные LIGO. Все это говорит о том, что совпадение гамма-вспышки и всплеска гравитационных волн, вероятно, было простой случайностью.

Как подчеркивают исследователи, отсутствие следов подобных "двойняшек" не обязательно говорит о том, что их в принципе нет во Вселенной, хотя шансы на это довольно невелики. Дальнейшие наблюдения LIGO, ViRGO и новых детекторов гравитационных волн, по словам Федроу, помогут проверить, так ли это или нет.