Астрономы сделали новое открытие, изучая гравитационные волны — слабые колебания пространства-времени, впервые предсказанные Альбертом Эйнштейном в 1915 году. С их помощью учёные обнаружили, что космос полон «звёздного кладбища» — области, где происходят слияния экстремальных остатков звёзд, таких как чёрные дыры и нейтронные звёзды, образующиеся после взрывов сверхновых. Об этом сообщает портал Space.com.

Удвоение открытий: новые данные от LIGO, Virgo и KAGRA

Международная сеть детекторов гравитационных волн — LIGO (США), Virgo (Италия) и KAGRA (Япония) — провела четвёртую наблюдательную сессию (O4) с мая 2023 по январь 2024 года. За первые девять месяцев 18-месячной программы учёные зафиксировали 128 новых слияний, включая самую массивную пару чёрных дыр, обнаруженную с помощью гравитационных волн. Среди открытий — удвоение числа известных «смешанных слияний» между чёрными дырами и нейтронными звёздами: их стало два вместо одного.

«Это обновление демонстрирует возможности международной сети детекторов и передовых методов анализа, позволяющих улавливать даже самые слабые сигналы», — рассказал руководитель исследования Даниэль Уильямс из Института гравитационных исследований (IGR) Университета Глазго.

«Звёздное кладбище» и жизнь звёзд

Слияния чёрных дыр и нейтронных звёзд — это своего рода «космические окаменелости», которые помогают учёным изучать жизнь и смерть массивных звёзд. Как объяснил участник исследования Кристофер Берри, звёзды, в восемь раз превышающие массу Солнца, живут недолго, но их остатки — чёрные дыры и нейтронные звёзды — рассказывают о процессах, происходивших миллиарды лет назад.

«Подобно тому, как палеонтологи изучают динозавров по их окаменелостям, мы можем узнать о звёздах, анализируя их остатки», — отметил Берри.

Некоторые звёзды формируются в плотных скоплениях, где миллионы светил находятся близко друг к другу. В таких условиях чёрные дыры, образовавшиеся после слияния, могут находить новых «партнёров» и сливаться снова, создавая ещё более массивные объекты. Новый каталог гравитационных волн GWTC-4.0 содержит признаки того, что некоторые чёрные дыры могли образоваться в результате таких повторных слияний.

Расширение Вселенной и проверка Эйнштейна

Гравитационные волны не только раскрывают тайны звёзд, но и помогают ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной. По словам Рэйчел Грей из IGR, слияния чёрных дыр позволяют напрямую измерять расстояния до них, что даёт информацию о скорости расширения Вселенной — параметре, известном как постоянная Хаббла.

«Объединяя данные от множества слияний, мы можем уточнить значение постоянной Хаббла, что поможет ответить на один из главных вопросов современной астрономии: как быстро расширяется Вселенная?» — пояснила Грей.

Самый громкий сигнал, зафиксированный в ходе сессии, — GW230814 — стал идеальным тестом для теории относительности Эйнштейна. «Чем громче сигнал, тем точнее мы можем измерить возможные отклонения от теории, — рассказал Джон Вейч из IGR. — Пока Эйнштейн проходит все проверки, но мы продолжаем искать!»

Улучшения детекторов и отсутствие света

Прорыв стал возможен благодаря модернизации детекторов LIGO, Virgo и KAGRA, проведённой с 2020 года. Их чувствительность выросла на 25%, что позволило «услышать» события на гораздо больших расстояниях. По словам исследователя Эндрю Спенсера, это расширило наблюдаемую часть Вселенной, открыв новые горизонты для науки.

Однако учёные отметили, что два смешанных слияния (GW230529 и GW230518) между чёрными дырами и нейтронными звёздами не сопровождались ожидаемыми вспышками света. «Мы не увидели ничего, кроме гравитационных волн, но новые телескопы, такие как Vera Rubin, сделают совместные наблюдения света и волн более вероятными», — добавил Уильямс.

Что дальше?

Новое исследование, доступное в виде препринта на сайте arXiv, открывает путь к более глубокому пониманию звёздного жизненного цикла и эволюции чёрных дыр. Учёные надеются:

  • Различить чёрные дыры, образовавшиеся от звёзд, и те, что возникли из предыдущих слияний.
  • Уточнить скорость расширения Вселенной с помощью новых данных.
  • Найти световые следы слияний с помощью будущих телескопов.

Вкратце…

Гравитационные волны, обнаруженные LIGO, Virgo и KAGRA, приоткрыли завесу над «звёздным кладбищем» — областью космоса, где сливаются чёрные дыры и нейтронные звёзды. 128 новых слияний, включая самые массивные чёрные дыры и редкие смешанные пары, помогают учёным изучать жизнь звёзд, проверять теорию Эйнштейна и измерять расширение Вселенной. Это открытие — ещё один шаг к разгадке тайн космоса, который стал возможен благодаря передовым технологиям и международному сотрудничеству.