Событие, вызывающие волнение самой ткани пространства-времени, поможет раскрыть тайны черных дыр

Столкновение двух черных дыр — невероятное событие, в буквальном смысле сотрясающее всю вселенную. Колоссальные гравитационные волны, возникающие в процессе формирования нового космического объекта, могут пролить свет на многие тайны далекого космоса

Событие, вызывающие волнение самой ткани пространства-времени, поможет раскрыть тайны черных дыр

Черные дыры — один из самых интересных объектов во Вселенной. На их поверхности, известной как горизонт событий, гравитация настолько сильна, что от них не может ускользнуть даже свет. Обычно черные дыры — это тихие, безмолвные существа, которые проглатывают все, что слишком близко к ним; однако, когда две черные дыры сталкиваются и сливаются вместе, они вызывают одно из самых катастрофических событий во Вселенной: за доли секунды рождается сильно деформированная черная дыра, которая высвобождает огромное количество энергии, принимая свою окончательную форму. Это явление дает астрономам уникальный шанс наблюдать быстро меняющиеся черные дыры и исследовать гравитацию в ее самой экстремальной форме.

Хотя сталкивающиеся черные дыры не производят свет, астрономы могут наблюдать обнаруженные гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени — которые отражаются от них. Ученые предполагают, что после столкновения поведение остаточной черной дыры является ключом к пониманию гравитации и должно быть сокрыто в излучаемых гравитационных волнах.

Событие, вызывающие волнение самой ткани пространства-времени, поможет раскрыть тайны черных дыр
Художественная иллюстрация слияния черных дыр

В статье, опубликованной в журнале Communications Physics (Nature), группа ученых во главе с выпускником программы OzGrav профессором Хуаном Кальдероном Бустильо — ныне «младший руководитель La Caixa — научный сотрудник Марии Кюри» в Галицком институте физики высоких энергий (Сантьяго-де-Компостела, Испания) — показал, как гравитационные волны кодируют форму сливающихся черных дыр, когда они принимают свою окончательную форму.

Аспирант и соавтор Кристофер Эванс из Технологического института Джорджии (США) говорит:

Мы выполнили моделирование столкновений черных дыр с помощью суперкомпьютеров, а затем сравнили быстро меняющуюся форму остаточной черной дыры с испускаемыми ею гравитационными волнами. Мы обнаружили, что эти сигналы намного сложнее и сложнее, чем принято думать, что позволяет нам больше узнать о сильно меняющейся форме последней черной дыры.

Гравитационные волны от сталкивающихся черных дыр — это очень простые сигналы, известные как «щебетание». Когда две черные дыры приближаются друг к другу, они излучают сигнал с возрастающей частотой и амплитудой, который указывает скорость и радиус орбиты. По словам профессора Кальдерона Бустильо, высота и амплитуда сигнала увеличивается по мере того, как две черные дыры приближаются все быстрее и быстрее. После столкновения последняя остаточная черная дыра излучает сигнал с постоянной высотой тона и уменьшающейся амплитудой — как звук удара колокола . Этот принцип согласуется со всеми наблюдениями гравитационных волн до сих пор при изучении столкновения "сверху".

Однако исследование показало, что происходит нечто совершенно иное, если столкновение наблюдается с «экватора» последней черной дыры. Когда исследователи наблюдали черные дыры от их экватора, то обнаружили, что последняя черная дыра излучает более сложный сигнал с шагом, который несколько раз увеличивается и уменьшается, прежде чем она затихает. Другими словами, черная дыра на самом деле "щебечет" несколько раз.

Событие, вызывающие волнение самой ткани пространства-времени, поможет раскрыть тайны черных дыр
Деталь формы остаточной черной дыры после столкновения с черной дырой, имеющей «каштановую форму». Области сильного гравитационно-волнового излучения (отмечены желтым) сосредоточены около его вершины. Эта черная дыра вращается, образуя точку возврата для всех наблюдателей вокруг нее. 

Команда обнаружила, что это связано с формой последней черной дыры, которая действует как своего рода гравитационно-волновой маяк: Когда две исходные, "родительские" черные дыры имеют разные размеры, последняя черная дыра изначально выглядит как каштан, с острием на одной стороне и более широкой и гладкой спинкой. Оказывается, черная дыра излучает более интенсивные гравитационные волны через самые изогнутые области, которые окружают ее острие. Это связано с тем, что остаточная черная дыра также вращается, и она постоянно указывает на всех наблюдателей, производя множественные чирикающие звуки.

Соавтор, профессор Пабло Лагуна, бывший председатель Школы физики Технологического института Джорджии, а ныне профессор Техасского университета в Остине, отметил, что хотя связь между гравитационными волнами и поведением последней черной дыры давно предполагалась, проведенное исследование предоставляет первый явный пример такого рода отношений.

Читайте также

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне

Ученые создали «живой цемент» из дрожжей — из него предлагают печатать базы на Марсе

Ученые создали «живой цемент» из дрожжей — из него предлагают печатать базы на Марсе

NASA готовит новый космический телескоп PRIMA — он увидит то, что недоступно James Webb

NASA готовит новый космический телескоп PRIMA — он увидит то, что недоступно James Webb

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Microsoft и NVIDIA представили RTX Spark и Surface Laptop Ultra с упором на локальный ИИ

Microsoft и NVIDIA представили RTX Spark и Surface Laptop Ultra с упором на локальный ИИ

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»