23 ноября 2023 года детекторы гравитационных волн LIGO в Вашингтоне и Луизиане зафиксировали самое масштабное слияние черных дыр в истории наблюдений. Сигнал, обозначенный как GW231123, поступил с расстояния около 10 миллиардов световых лет и был вызван столкновением двух сверхмассивных черных дыр с массами 103 и 137 солнечных масс. Об этом сообщает The Guardian. Образовавшаяся в результате черная дыра имеет массу около 265 солнечных масс, что делает это событие рекордным по сравнению с предыдущими наблюдениями.

Подробности события

Слияние произошло в далекой галактике, когда две черные дыры, вращаясь по спирали друг к другу со скоростью, в 400,000 раз превышающей скорость вращения Земли, слились в единый объект. Сигнал длился всего 0.1 секунды, но его анализ выявил колоссальную энергию: около 5 солнечных масс было преобразовано в гравитационные волны, вызвавшие колебания пространства-времени, в тысячи раз меньшие ширины протона. Это событие превзошло предыдущий рекорд, установленный слиянием GW190521 в 2021 году, когда итоговая масса составила 140 солнечных масс.

Физики из коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), включающей обсерватории в США, Италии и Японии, отмечают, что такие массивные черные дыры, вероятно, сформировались в результате многократных предыдущих слияний. «Это открытие бросает вызов традиционным моделям формирования черных дыр», — заявил астрофизик Марк Ханнам из Кардиффского университета. Он подчеркнул, что столь массивные объекты не могут быть результатом стандартной эволюции звезд, а их высокая скорость вращения близка к пределам, предсказанным Общей теорией относительности Эйнштейна.

Как работают детекторы LIGO

LIGO (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) использует два детектора, расположенных на расстоянии 3002 км друг от друга: в Ливингстоне (Луизиана) и Хэнфорде (Вашингтон). Каждый детектор представляет собой Г-образную систему с 4-километровыми плечами, внутри которых лазерные лучи измеряют микроскопические изменения длины, вызванные прохождением гравитационных волн. Эти волны, предсказанные Эйнштейном в 1916 году, представляют собой «рябь» в пространстве-времени, вызванную движением массивных объектов, таких как черные дыры. Чувствительность LIGO позволяет улавливать колебания, в 10⁻²¹ раз меньше диаметра атома.

С 2015 года, когда LIGO впервые зафиксировала гравитационные волны от слияния черных дыр массами 36 и 29 солнечных масс (событие GW150914), коллаборация LVK зарегистрировала более 300 слияний, из которых свыше 200 — в четвертом наблюдательном цикле (2023–2025). Текущее событие стало самым массивным за всю историю наблюдений.

Научное значение

Это открытие не только подтверждает предсказания Эйнштейна, но и открывает новые горизонты для изучения космоса. «Гравитационные волны — это новый способ наблюдения Вселенной, недоступный через электромагнитное излучение», — отметил руководитель обсерватории LIGO Дэйв Рейтце. Событие GW231123 позволяет учёным:

  • Исследовать формирование сверхмассивных черных дыр через каскадные слияния.
  • Тестировать пределы Общей теории относительности при экстремальных условиях.
  • Уточнить модели эволюции галактик, так как такие события происходят в их ядрах.

В ближайшие годы учёные планируют использовать инструмент GRAVITY+ для прямого измерения массы и вращения черных дыр, что поможет связать их массу с яркостью окружающего излучения.

Контекст и перспективы

Открытие GW231123 — часть продолжающейся революции в гравитационной астрономии. С 2015 года LIGO и её партнёры, включая Virgo (Италия) и KAGRA (Япония), значительно увеличили чувствительность детекторов. Модернизация 2023 года повысила их способность наблюдать события на расстоянии до 5 миллиардов световых лет, а в будущем планируется запуск космической обсерватории LISA, которая сможет фиксировать слияния сверхмассивных черных дыр с массами в миллионы солнечных масс.

По прогнозам, в ближайшие 10–15 лет усовершенствованные детекторы позволят фиксировать все слияния черных дыр во Вселенной, а также, возможно, обнаружат новые явления, такие как космические струны или реликтовые волны от Большого взрыва.

Заключение

Слияние двух черных дыр массами 103 и 137 солнечных масс, зафиксированное LIGO 23 ноября 2023 года, стало самым масштабным событием в истории гравитационной астрономии. Сигнал, пришедший с расстояния 10 миллиардов световых лет, подтверждает, что такие массивные объекты формируются через множественные слияния, бросая вызов существующим теориям. Это открытие подчёркивает мощь LIGO и открывает новые возможности для изучения космоса, делая гравитационные волны ключом к разгадке тайн Вселенной.