Две сверхмассивные черные дыры столкнулись — это настолько огромно, что не должно существовать

Пара массивных, быстро вращающихся черных дыр слилась, создав гравитационно-волновой сигнал, который переписывает теории формирования черных дыр и испытывает пределы современных технологий детектирования.

Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) зафиксировала слияние самых массивных черных дыр, когда-либо наблюдавшихся с помощью гравитационных волн, используя обсерватории LIGO в Хэнфорде и Ливингстоне, финансируемые Национальным научным фондом США (NSF). В результате слияния образовалась черная дыра массой более чем в 225 раз превышающей массу Солнца. Сигнал, обозначенный как GW231123, был зарегистрирован 23 ноября 2023 года в ходе четвертого цикла наблюдений (O4) сети LVK.

Две слившиеся черные дыры имели массы примерно в 100 и 140 раз больше солнечной. Помимо огромной массы, они также очень быстро вращались, что сделало этот сигнал особенно сложным для интерпретации и указывает на возможную сложную историю их формирования.

«Это самая массивная двойная система черных дыр, которую мы наблюдали с помощью гравитационных волн, и она бросает вызов нашим представлениям о формировании черных дыр», — говорит профессор Марк Ханнэм из Кардиффского университета, член научной коллаборации LIGO. «Черные дыры такой массы запрещены стандартными моделями звездной эволюции. Одна из возможностей — эти две черные дыры образовались в результате предыдущих слияний меньших черных дыр».

На сегодняшний день с помощью гравитационных волн зафиксировано около 300 слияний черных дыр, включая кандидатов, обнаруженных в текущем цикле O4. До этого самой массивной подтвержденной двойной системой был источник GW190521 с общей массой «всего» в 140 солнечных масс.

Рекордная система

Высокая масса и экстремально быстрое вращение черных дыр в GW231123 испытывают пределы как технологий детектирования гравитационных волн, так и современных теоретических моделей. Для точного анализа сигнала потребовались теоретические модели, учитывающие сложную динамику быстро вращающихся черных дыр.

«Черные дыры, похоже, вращаются очень быстро — почти на пределе, допустимом теорией относительности Эйнштейна», — объясняет доктор Чарли Хой из Портсмутского университета. «Это затрудняет моделирование и интерпретацию сигнала. Это отличный пример для развития наших теоретических инструментов».

Исследователи продолжают уточнять анализ и совершенствовать модели для интерпретации таких экстремальных событий.

«Потребуются годы, чтобы полностью расшифровать этот сложный сигнал и все его последствия», — заявляет доктор Грегорио Карулло, доцент Бирмингемского университета. «Хотя наиболее вероятное объяснение — слияние черных дыр, более сложные сценарии могут быть ключом к разгадке его неожиданных особенностей. Впереди захватывающие времена!»

Испытание пределов гравитационно-волновой астрономии

Детекторы гравитационных волн, такие как LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, предназначены для измерения крошечных искажений пространства-времени, вызванных катастрофическими космическими событиями, такими как слияния черных дыр. Четвертый цикл наблюдений начался в мае 2023 года, а данные первой части (до января 2024 года) будут опубликованы летом.

«Это событие испытывает пределы возможностей нашего оборудования и методов анализа данных», — говорит доктор Софи Бини, постдокторский исследователь из Калтеха. «Это яркий пример того, сколько мы можем узнать с помощью гравитационно-волновой астрономии — и сколько еще предстоит открыть».

GW231123 будет представлен на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) и 16-й конференции Edoardo Amaldi по гравитационным волнам, которые пройдут совместно как GR-Amaldi в Глазго, Великобритания, с 14 по 18 июля 2025 года. Калиброванные данные, использованные для обнаружения и изучения GW231123, будут доступны другим исследователям через Gravitational Wave Open Science Center (GWOSC).

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Бирмингемским университетом. Примечание: содержание может быть отредактировано для стиля и длины.