Исследователи из Манитобы входят в команду, работающую над раскрытием тайны крупнейшего в истории слияния черных дыр
Группа исследователей из Манитобы принимала участие в международном исследовании, которое на этой неделе показало, как две огромные черные дыры столкнулись в одну — к счастью, в миллиардах световых лет от Земли.
Астрофизик из Университета Манитобы Самар Сафи-Харб, заведующая кафедрой канадских исследований в области экстремальной астрофизики, и ее команда являются участниками программы LIGO-Virgo-KAGRA, которая в понедельник опубликовала доказательства того, что, по словам Сафи-Харб, является «самой массивной двойной черной дырой, обнаруженной на сегодняшний день».
Еще одним сюрпризом от обнаружения, первоначально сделанного в ноябре 2023 года, стала головокружительная скорость, с которой вращались обе черные дыры в момент их столкновения, — «близкая к максимально возможной [скорости], допускаемой теорией», — сказал Сафи-Харб, который также является профессором физики и астрономии в Виннипегском университете Мичигана.
«Так что они не просто огромные, они ещё и вращаются как сумасшедшие — со скоростью, в 400 000 раз превышающей скорость вращения Земли».
Ее команда не принимала непосредственного участия в этом обнаружении, но они являются частью сообщества тысяч исследователей по всему миру, участвующих в работе LIGO — Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории, которая управляет детекторами в штатах Вашингтон и Луизиана.
В состав группы входят научный сотрудник Мичиганского университета Натан Стейнле, который специализируется на астрофизике гравитационных волн и моделировании столкновений черных дыр, и научный сотрудник Лабани Маллик, который занимается электромагнитными наблюдениями черных дыр.
Аспирант Сафи-Харба Нил Доерксен занимается повышением чувствительности детекторов, используемых в технологии обнаружения гравитационных волн, а аспирант Лукас да Консейсау работает над обнаружением гравитационных волн нейтронных звезд.
Изучение диких крайностейВсе пять изучают экстремальные явления — экстремальные температуры, экстремальную гравитацию, экстремальные магнитные поля, создаваемые астрофизическими системами.
Они как раз связаны со смертью звезд, которая так интересует Сафи-Харб, поскольку она может рассказать нам о происхождении всего сущего.
Взрывы звёзд приводят к появлению одних из самых тяжёлых элементов во Вселенной: кальция в ваших костях. Золотого обручального кольца, которое оставила вам бабушка. Платины в каталитическом нейтрализаторе, украденном из седана вашего приятеля. Всё это произошло из-за прекрасного «ба-бах» в безвоздушном пространстве.
Наиболее распространённый способ рождения чёрных дыр — это коллапс, происходящий, когда массивная звезда достигает конца своей жизни. Её звёздный труп превращается в загадочный, невероятно плотный сгусток материи, обладающий настолько сильной гравитацией, что даже свет не может его преодолеть.
По сути, это делает черные дыры невидимыми для обычных световых телескопов, поэтому традиционные исследования были сосредоточены на косвенном воздействии черных дыр на свое окружение.
Например, рентгеновские телескопы позволяют ученым делать выводы о наличии черной дыры, изучая гравитационное воздействие, которое она оказывает на соседние звезды, или обнаруживая такие материалы, как газ и пыль, которые образуются в дисках вокруг черных дыр.
Но когда дело доходит до поиска столкновений черных дыр, необходимы другие инструменты.
LIGO предназначен для поиска следов гравитационных волн, существование которых было впервые предсказано Альбертом Эйнштейном более века назад.
Общая теория относительности Эйнштейна постулировала, что эти волны, распространяющиеся по пространству-времени, возникают в результате движения ускоряющихся объектов. Больших, очень больших.
«Если бросить камень в озеро, можно увидеть эти круги», — сказал Сафи-Харб. «Чёрная дыра настолько плотная, что создаёт эти круги в пространстве-времени».
«Если две черные дыры вращаются друг вокруг друга и становятся все ближе и ближе, они ускоряются, «и это приводит к возникновению очень сильных гравитационных волн», — сказала она.
Предсказание Эйнштейна оставалось теоретическим до тех пор, пока десять лет назад учёным впервые не удалось наблюдать гравитационные волны с помощью LIGO. По словам Сафи-Харб, сейчас учёным известно о 300 столкновениях чёрных дыр.
Последняя модель, получившая название GW231123, является самой массивной на сегодняшний день.
ВИДЕО: Ученые впервые обнаружили гравитационные волны (2016):
Массы первоначальной пары черных дыр были в 100 и 140 раз больше массы нашего Солнца, а конечный продукт слияния имел массу в диапазоне 225 масс Солнца.
Это звучит внушительно, и это действительно так, но в спектре черных дыр эта величина может оказаться где-то посередине.
Существует три класса чёрных дыр, включая те, что находятся на нашем космическом «задворке», известные как чёрные дыры звёздной массы. Их масса может составлять от 10 до 60 масс нашего Солнца.
Затем идут сверхмассивные чёрные дыры. Они находятся в центрах галактик и могут быть в миллионы или миллиарды раз массивнее нашего Солнца. У некоторых из них даже есть названия — тёмное сердце нашей галактики Млечный Путь известно как Стрелец А.
В последние годы появились доказательства существования третьего класса — чёрных дыр промежуточной массы, масса которых может находиться в пределах от сотен до тысяч масс Солнца, как, например, GW231123 и родительские чёрные дыры, которые её создали.
Тот факт, что родители и GW231123 попадают в промежуточную зону, является захватывающим — но также и немного озадачивает.
«Считается, что такие массы «запрещены» или не должны образовываться, поскольку стандартная теория звездной эволюции не предсказывает образование подобных черных дыр», — сказал Сафи-Харб.
По словам Сафи-Харба, вполне возможно, что каждая из этих родительских черных дыр родилась в результате слияния еще более мелких черных дыр.
«Это открытие учит нас тому, что мы знаем: некоторые меньшие черные дыры могут создавать более крупные черные дыры, и, возможно, более крупные черные дыры сталкиваются, создавая еще более крупные черные дыры, и если они находятся в плотной среде, они могут создавать вещи, подобные нашей галактике», — сказала она.
«Поэтому важно понять наше происхождение, откуда мы пришли».
Подробнее от CBC Manitoba:
cbc.ca
