Астрофизики выяснили, что квазары помогают обнаруживать гравитационные волны

Иллюстрация предлагаемой сети гравитационных волн. Автор: NANOGrav

Когда чёрным дырам нужно место для столкновения, они выбирают яркие квазары. К такому выводу пришла Кьяра Мингарелли, доцент физики в Йельском университете и ключевой участник международной исследовательской группы, изучающей фундаментальные вопросы о структуре Вселенной.

Два года назад Мингарелли и Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн (NANOGrav) совершили прорыв, представив первые прямые доказательства существования «фона» гравитационных волн во Вселенной. Это открытие показало, что гравитационные волны, вызванные медленным слиянием пар сверхмассивных чёрных дыр, можно обнаружить с Земли.

В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, Мингарелли и её коллеги использовали пульсары (быстро вращающиеся нейтронные звёзды) и выяснили, что столкновения чёрных дыр в пять раз чаще происходят в галактиках с квазарами.

«Сейчас мы объединяем традиционную астрономию с астрономией гравитационных волн. Это как если бы мы обнаружили, что у нас есть уши, и теперь можем не только видеть Вселенную, но и слышать её», — объясняет Мингарелли.

Квазары — самые яркие объекты в космосе, питаемые газом, падающим в сверхмассивные чёрные дыры. Новое исследование показывает, что именно они должны стать основными целями для поиска пар сливающихся чёрных дыр.

Команда Мингарелли уже использует результаты работы для идентификации галактик, в которых могут находиться двойные сверхмассивные чёрные дыры. Ожидается, что новые данные будут опубликованы к концу лета 2025 года.

Это первое исследование, которое статистически ограничивает популяцию двойных сверхмассивных чёрных дыр, комбинируя измерения фона гравитационных волн с изменчивостью квазаров. Подтверждение даже небольшой популяции двойных квазаров может закрепить модель источников гравитационных волн на низких частотах и открыть путь к их прямым обнаружениям.

Пульсарные решётки, используемые в исследовании, отслеживают сверхстабильные пульсары, чьи сигналы работают как точные часы. Гравитационные волны растягивают и сжимают пространство-время, что влияет на время прихода импульсов от пульсаров. Точность измерений достигает 100 наносекунд, что делает этот метод идеальным для обнаружения долгопериодических гравитационных волн.

Подробнее: J. Andrew Casey-Clyde et al, Quasars Can Signpost Supermassive Black Hole Binaries, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adce05