Астрономы получили уникальные данные о поведении чёрных дыр после их столкновения. Используя наблюдения гравитационных волн, исследователи смогли определить скорость и направление движения чёрной дыры, которая была выброшена из места своего рождения после слияния двух массивных объектов. Это событие связано с сигналом GW190412, зарегистрированным международной сетью детекторов гравитационных волн.
После столкновения новая чёрная дыра начала удаляться от точки слияния со скоростью около 112 000 миль в час (примерно 180 000 км/ч). Такая скорость достаточно велика, чтобы объект мог покинуть плотное звёздное скопление, где произошло столкновение.
Как происходят столкновения чёрных дыр
Чёрные дыры могут образовывать двойные системы, когда два таких объекта вращаются друг вокруг друга. Постепенно они теряют энергию, испуская гравитационные волны — колебания структуры пространства-времени.
Когда расстояние между ними становится очень маленьким, происходит слияние. В этот момент выделяется огромное количество энергии, распространяющейся по Вселенной в виде гравитационных волн. Эти сигналы могут быть зарегистрированы специализированными детекторами.
Система LIGO и европейский детектор Virgo Collaboration впервые обнаружили такие волны в 2015 году. С тех пор астрономы зарегистрировали десятки подобных событий, связанных со слияниями чёрных дыр и нейтронных звёзд.
Почему новая чёрная дыра получила «пинок»
Во время столкновения энергия гравитационных волн может излучаться неравномерно. Если волны распространяются сильнее в одном направлении, возникает эффект отдачи — так называемый гравитационный «пинок».
В результате новый объект получает импульс и начинает двигаться в противоположную сторону. Это похоже на отдачу оружия после выстрела: энергия уходит вперёд, а сам объект получает толчок назад.
Астрономы давно предполагали существование такого механизма, но измерить его напрямую было чрезвычайно сложно. В случае события GW190412 исследователи впервые смогли определить не только скорость, но и направление движения образовавшейся чёрной дыры.
Почему событие GW190412 оказалось особенным
Одной из причин, позволивших измерить «отдачу», стала необычная структура системы. Две чёрные дыры имели сильно различающиеся массы.
По оценкам исследователей:
- одна чёрная дыра имела массу около 30 масс Солнца;
- вторая — примерно 8 масс Солнца.
Такое различие усилило сложные компоненты сигнала гравитационных волн. Благодаря этому учёные смогли извлечь из данных больше информации о геометрии столкновения и о том, как именно распределялась энергия во время слияния.
Как удалось определить направление движения
Гравитационные волны распространяются во всех направлениях, но их структура зависит от положения наблюдателя относительно источника.
Исследователи использовали дополнительные компоненты сигнала — так называемые высшие гармоники гравитационных волн. Эти слабые элементы сигнала меняются в зависимости от угла наблюдения.
Анализ этих особенностей позволил восстановить трёхмерную картину движения новой чёрной дыры после столкновения. Фактически астрономы смогли определить её скорость и направление, используя только колебания пространства-времени.
Может ли чёрная дыра покинуть свою галактику
Скорость около 50 км/с (112 000 миль в час) недостаточна, чтобы покинуть крупную галактику, но она может оказаться достаточной для выхода из плотных звёздных скоплений.
Например, в шаровых скоплениях типичная скорость убегания составляет меньше этого значения. Поэтому после подобного «пинка» новая чёрная дыра может быть полностью выброшена из такого скопления и продолжить движение через галактику.
Это имеет важные последствия для астрофизики:
- уменьшает вероятность повторных столкновений чёрных дыр в одном и том же скоплении;
- влияет на эволюцию звёздных систем;
- меняет статистику будущих гравитационно-волновых событий.
Возможные наблюдаемые последствия
Если выброшенная чёрная дыра проходит через область с плотным газом или пылью, она может вызвать кратковременную вспышку излучения.
Особенно вероятно это в областях вокруг активных галактических ядер, где газ образует плотные аккреционные диски. В таких условиях движение чёрной дыры может создавать световые вспышки, которые потенциально можно наблюдать вместе с гравитационными сигналами.
Совмещение данных гравитационных волн и обычных телескопических наблюдений может дать более полную картину происходящих космических катастроф.
Значение открытия для астрономии
Событие GW190412 стало важным этапом развития гравитационно-волновой астрономии. Впервые учёные смогли восстановить трёхмерное движение объекта, находящегося на расстоянии миллиардов световых лет, используя только сигналы гравитационных волн.
Такие измерения позволяют не только фиксировать сами столкновения чёрных дыр, но и изучать последствия этих событий:
- движение образовавшихся объектов;
- структуру окружающей среды;
- вероятность будущих слияний.
По мере повышения чувствительности детекторов гравитационных волн астрономы ожидают обнаружить ещё больше подобных событий. Это позволит лучше понять, как формируются и эволюционируют чёрные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам earth.com
