Новый метод анализа гравитационных волн улучшит изучение столкновений черных дыр

Двумерные апостериорные вероятности, полученные в анализе численного моделирования SXS:BBH:0926. Автор: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02579-7

Новый метод анализа данных гравитационных волн может изменить подход к изучению одних из самых экстремальных событий во Вселенной — столкновений черных дыр.

Исследователи из Портсмутского университета, Саутгемптонского университета и Университетского колледжа Дублина разработали способ более точного анализа гравитационных волн — колебаний пространства-времени, возникающих при столкновении массивных объектов, таких как черные дыры.

Метод, опубликованный в журнале Nature Astronomy, пока не предлагает новых открытий о черных дырах. Однако, улучшая способ сравнения данных гравитационных волн с существующими моделями, он закладывает основу для будущих прорывов.

С момента нобелевского открытия гравитационных волн в 2015 году их изучение революционизировало наше понимание Вселенной, во многом благодаря обнаружению столкновений черных дыр, которые почти невозможно наблюдать с помощью обычных оптических телескопов.

«Когда гравитационная волна проходит через Землю, мы фиксируем кратковременный сигнал. Чтобы понять его источник, мы сравниваем наблюдение с миллионами возможных теоретических сигналов, сгенерированных разными моделями. Проблема в том, что не все модели одинаково точны», — объяснил доктор Чарли Хой, научный сотрудник Института космологии и гравитации Портсмутского университета, ведущий автор исследования.

Обычно ученые используют метод байесовского вывода для анализа сигналов гравитационных волн. Этот метод часто применяется несколько раз с разными моделями, а результаты комбинируются различными способами. Проблема существующих подходов в том, что они могут игнорировать точность соответствия каждой модели общей теории относительности Эйнштейна, что рискует привести к ошибочным выводам.

«Я годами размышлял о том, как включить точность модели в байесовский анализ гравитационных волн, и очень рад видеть, как наш метод воплощается в жизнь», — добавил доктор Хой.

«Прямое вычисление гравитационных волн путем решения уравнений поля Эйнштейна — чрезвычайно сложная задача. За годы разработано множество моделей, но все они содержат определенные приближения. Наш подход позволяет учесть эту неопределенность в методах анализа данных и получить более точные оценки фундаментальных свойств черных дыр».

«Модели гравитационных волн постоянно совершенствуются, и их точность, вероятно, будет расти в ближайшие годы. Наш метод разработан так, что по мере появления новых моделей их можно будет интегрировать в алгоритм. Это позволит совместно использовать все модели для более точного определения массы и вращения черных дыр».

Дополнительная информация: Charlie Hoy et al, Incorporation of model accuracy in gravitational wave Bayesian inference, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02579-7

Источник: University of Portsmouth