Каталог гравитационных волн, «услышанных» детекторами на Земле, вырос более чем в два раза. Международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) представила новые данные, в которых зафиксировано 128 источников гравитационных волн — в основном от слияний чёрных дыр, но также и нейтронных звёзд. Это событие знаменует собой настоящий прорыв в гравитационно-волновой астрономии.

От первого сигнала до сотен событий

В 1915 году Альберт Эйнштейн предсказал, что при столкновениях самых плотных объектов Вселенной — чёрных дыр и нейтронных звёзд — пространство-время должно «задрожать», порождая гравитационные волны. Ровно через 100 лет, 14 сентября 2015 года, обсерватория LIGO впервые зарегистрировала такой сигнал — от слияния двух чёрных дыр на расстоянии более 1,3 млрд световых лет.

С тех пор к LIGO присоединились Virgo (Италия) и KAGRA (Япония). За первые три наблюдательных цикла (O1–O3) было обнаружено около 90 надёжных событий. Новый каталог GWTC-4, собранный за период с мая 2023 по январь 2024 года (O4), добавляет ещё 128 источников. При этом около 170 дополнительных кандидатов пока не включены в официальный каталог — их анализ продолжается.

«За последнее десятилетие гравитационно-волновая астрономия прошла путь от первого обнаружения до наблюдения сотен слияний чёрных дыр», — отметил представитель LIGO Стивен Фэйрхёрст из Кардиффского университета.

Необычное разнообразие событий

GWTC-4 поражает разнообразием. Среди событий:

  • самые массивные двойные чёрные дыры — каждая компонента около 130 масс Солнца;
  • сильно неравные слияния (одна чёрная дыра гораздо тяжелее другой);
  • чёрные дыры с экстремальным вращением — до 40 % скорости света.

Такие характеристики указывают на «цепные слияния»: чёрные дыры, уже образовавшиеся при предыдущих столкновениях, затем сливались снова. Это один из механизмов роста сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик.

«Этот набор данных укрепил нашу уверенность в том, что чёрные дыры, сливавшиеся раньше в истории Вселенной, чаще обладали большими спинами, чем те, что сталкивались позже», — пояснил Сальваторе Витале из MIT.

В каталог вошли также два новых «смешанных» слияния: чёрная дыра + нейтронная звезда.

«Мы расширяемся в новые области параметрического пространства и видим совершенно новый спектр чёрных дыр: более массивных, быстро вращающихся, астрофизически необычных», — подчеркнул Дэниел Уильямс из Университета Глазго.

Дальность и проверка теории Эйнштейна

Детекторы стали настолько чувствительными, что регистрируют события на расстояниях до 10 млрд световых лет для чёрных дыр и до 1 млрд для нейтронных звёзд. Это позволяет проверять общую теорию относительности в экстремальных условиях — именно там, где она с наибольшей вероятностью может «сломаться».

«Чёрные дыры — одно из самых ярких и ошеломляющих предсказаний общей теории относительности. Они возмущают пространство-время сильнее почти любого другого процесса, который мы можем наблюдать», — отметил Аарон Циммерман из Техасского университета в Остине.

Пока все тесты теория проходит успешно, но учёные признают: с ростом числа событий нужно делать предсказания ещё точнее.

Что дальше

Результаты GWTC-4 скоро появятся в специальном выпуске Astrophysical Journal Letters. Следующие наблюдательные циклы LVK обещают ещё больше открытий — Вселенная действительно «гудит» от этих космических столкновений, и мы только начинаем её слушать.

Вкратце

Каталог гравитационных волн GWTC-4 удвоил число подтверждённых источников — теперь их 128 (против 90 ранее). В новом наборе — рекордно массивные чёрные дыры (до 130 M☉), экстремально вращающиеся, сильно неравные пары и два новых слияния чёрная дыра + нейтронная звезда. Дальность событий достигает 10 млрд световых лет. Данные подтверждают общую теорию относительности в экстремальных условиях и намекают на цепные слияния как механизм роста сверхмассивных чёрных дыр.