Тема:

Гравитационные волны 1 месяц назад

Открытия и рекорды: что третий сезон поиска гравитационных волн рассказал о чёрных дырах

Третий сезон поиска гравитационных волн оказался богатым на открытия.

Третий сезон поиска гравитационных волн оказался богатым на открытия.
Иллюстрация Pixabay

Новые данные значительно расширили представления учёных о чёрных дырах.

Новые данные значительно расширили представления учёных о чёрных дырах.
Иллюстрация Pixabay

Третий сезон поиска гравитационных волн оказался богатым на открытия.
Новые данные значительно расширили представления учёных о чёрных дырах.

Астрономы подвели итоги поиска гравитационных волн в апреле–сентябре 2019 года. Всё это время новые открытия делались чаще, чем раз в неделю.

Вести.Ru подробно рассказывали о том, что такое гравитационные волны и как их изучают. Напомним об этом в двух словах.

Всякое тело, движущееся с ускорением, излучает гравитационные волны. Теоретически любой предмет, попавший в такую волну, начинает колебаться. Практически эти колебания так малы, что обнаружить их невозможно. Только такие катаклизмы как столкновения чёрных дыр и нейтронных звёзд порождают сигнал, который учёным под силу зарегистрировать. И то для этого требуются сверхчувствительные детекторы, представляющие собой настоящее чудо инженерной мысли.

На сегодня в строю находятся для детектора гравитационных волн: LIGO и VIRGO. Команды этих проектов выпустили три релиза данных.

Первый выпуск (O1) охватывает период с 12 сентября 2015 года по 19 января 2016 года. В это время действовал только детектор LIGO, и он обнаружил три гравитационных всплеска. После этого инструмент был остановлен для усовершенствования и повышения чувствительности.

Второй релиз (O2) относится к периоду с 30 ноября 2016 года по 25 августа 2017 года. На сей раз к обновлённому американскому LIGO присоединился и европейский детектор VIRGO. За эти месяцы было обнаружено восемь событий, в том числе первое столкновение нейтронных звёзд.

После этого оба детектора были вновь остановлены для модернизации и вернулись к работе в апреле 2019 года. Начался третий сезон охоты на гравитационные волны (O3).

Теперь пришло время собирать камни. Учёные подводят итоги периода O3a: с 1 апреля по 1 октября 2019 года. Данные сезона O3b (1 ноября 2019 года – 27 марта 2020 года) всё ещё обрабатываются.

Новые данные значительно расширили представления учёных о чёрных дырах.

Команда проектов LIGO и VIRGO направила в научные журналы три публикации, в которых подводятся итоги сессии O3a.

Первая статья посвящена каталогу всех зарегистрированных событий. Их оказалось рекордное количество: 39. То есть каждые две недели делалось три открытия (именно такой продуктивности учёные и ожидали после очередной модернизации детекторов).

О 26 событиях было объявлено по горячим следам. Среди них первое столкновение чёрной дыры с нейтронной звездой, слияние чёрных дыр с огромной разницей в массах, столкновение чёрных дыр рекордной массы и слияние чёрной дыры с неким загадочным объектом. Ещё 13 событий впервые представлены научному сообществу.

Во второй статье учёные использовали накопленные данные, чтобы с исключительной строгостью проверить общую теорию относительности Эйнштейна. ОТО снова с блеском выдержала испытание. Впрочем, специалисты не устают придумывать для неё новые тесты, надеясь, что когда-нибудь им удастся обнаружить расхождение теории с экспериментом и вырваться на просторы новой физики.

Наконец, в третьей публикации исследователи объединили данные второго и третьего сезонов. Полученная статистика принесла интересные сведения о том, какими вообще бывают сталкивающиеся чёрные дыры и как часто происходят их слияния.

Например, обнаружилась некоторая нехватка массивных чёрных дыр. Лишь 1–6% объектов до столкновения имели массу более 45 солнц. Это меньше, чем ожидали исследователи.

Напомним, что сталкиваются двойные чёрные дыры, то есть пары, обращающиеся по орбите вокруг общего центра масс. Помимо этого орбитального движения, чёрные дыры вращаются вокруг своей оси. Обычно они вращаются в ту же сторону, в которую движутся по орбите. Но в изученной выборке оказалось на удивление много (от 12% до 44%) своенравных чёрных дыр, которые крутятся в противоположную сторону.

Наконец, авторы оценили, как часто происходят слияния чёрных дыр и нейтронных звёзд. Оказалось, что в одном кубическом гигапарсеке за год происходит от 6 до 39 столкновений чёрных дыр и от 250 до 810 столкновений нейтронных звёзд. Для сравнения: диаметр Местной группы галактик, в которую входит и Млечный Путь, составляет всего 0,003 гигапарсека. То есть в каждой отдельной галактике такие события происходят чрезвычайно редко. Но за счёт того, что LIGO и VIRGO сканируют огромное пространство со множеством звёздных систем, они регистрируют подобные катаклизмы чаще чем раз в неделю.

К слову, это не предел. Сейчас оба детектора остановлены на очередную модернизацию. Планируется, что они возобновят работу в 2021 году, став ещё более чувствительными. Так что впереди у нас наверняка ещё множество открытий.