«Черное золото» гравитационных волн: астрономы нашли сокровищницу из 161 слияния черных дыр

Астрономы наткнулись на «черное золото» — сокровищницу слияний черных дыр. И это открытие было сделано благодаря анализу ряби в самой ткани пространства-времени, называемой гравитационными волнами.

Это огромное собрание слияний, содержащееся в каталоге Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5), опубликованном во вторник, 26 мая, может изменить наше понимание того, как черные дыры встречаются и сталкиваются. Новейший каталог включает 161 новый гравитационно-волновой сигнал, вызванный слияниями черных дыр, «услышанный» знаменитыми детекторами гравитационных волн LIGO, Virgo и KAGRA в период с апреля 2024 по конец января 2025 года.

Это доводит общее количество слияний черных дыр, обнаруженных с помощью гравитационных волн, до 390.

Среди основных событий GWTC-5 — обнаружение «слияний второго поколения», то есть столкновений между двумя черными дырами, которые сами образовались в результате предыдущих слияний, а также самое точное локализованное слияние за всю историю. Если первое поможет лучше понять цепочки слияний, позволяющие черным дырам вырастать до масс в миллионы и даже миллиарды раз больше массы Солнца, то второе может помочь разработать метод использования таких событий и их гравитационно-волновых сигналов для измерения скорости расширения Вселенной.

«Это масштабное обновление снова расширило и углубило наши знания о Вселенной и дало нам еще больше возможностей заглянуть в ее самые неуловимые объекты: сталкивающиеся черные дыры», — заявил Дэниел Уильямс, научный сотрудник Института гравитационных исследований. «Теперь мы обнаруживаем так много этих сигналов, что не просто изучаем отдельные столкновения; это астрономический аналог раскопок древней цивилизации. Сегодняшние новые результаты подобны находке ранее неизвестного клада, который раскрывает не только отдельные жизни, но и структуру целого потерянного мира».

Что такое гравитационные волны?

Гравитационные волны были впервые предложены в 1915 году в рамках общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Общая теория относительности предполагает, что объекты с массой искривляют пространство-время, а гравитация возникает именно из этого искривления. Эйнштейн также предсказал, что когда объекты ускоряются в пространстве-времени, они создают рябь, которая распространяется со скоростью света. Однако он ошибался в одном: он считал, что человечество никогда не сможет их обнаружить. LIGO сделало первое обнаружение гравитационных волн в 2015 году — сигнал пришел от столкновения двух массивных черных дыр на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет.

Это открытие — лишь начало новой эры. Если раньше каждое слияние черных дыр было сенсацией, то теперь астрономы регистрируют их с частотой три-четыре раза в неделю. Но главный вопрос, который ставит перед нами GWTC-5, заключается в следующем: как черные дыры становятся настолько массивными, что их масса в десятки раз превышает солнечную? Обнаружение «слияний второго поколения» (например, сигналы GW241011 и GW241110) предполагает, что в плотных звездных скоплениях, таких как шаровые скопления, дыры могут сливаться многократно, порождая все более крупных монстров. Если эта цепочка продолжается, то она может объяснить происхождение сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах галактик. Представьте себе домино: сначала сталкиваются две небольшие дыры, затем их «гибрид» сталкивается с третьей — и так до тех пор, пока не образуется объект массой в миллионы Солнц. Каталог GWTC-5 впервые дает статистически значимые доказательства того, что такой сценарий — не редкость, а правило.

Более того, самое точное локализованное слияние GW240615 (область неба всего в 6 квадратных градусов) открывает возможность для оптических телескопов навестись на источник и увидеть «послесвечение» столкновения. Это, в свою очередь, позволит измерить постоянную Хаббла независимым методом, что, возможно, разрешит давний конфликт между разными способами ее определения. Следующий этап наблюдений начнется уже в этом году, и, судя по всему, нас ждет еще не одно потрясение. Гравитационная астрономия перестала быть экзотикой — она стала таким же мощным инструментом познания, как радиотелескопы или оптические обсерватории. И если раньше мы смотрели на Вселенную, то теперь мы учимся ее слушать. И она, кажется, очень и очень громка.