Команда под руководством Института физики высоких энергий Галисии (IGFAE) при Университете Сантьяго-де-Компостела сообщила о первом совместном измерении скорости и направления отдачи черной дыры после слияния двух черных дыр. Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, помогает лучше понять, как гравитационные волны переносят энергию и влияют на движение конечной черной дыры.
Гравитационные волны, впервые предсказанные Эйнштейном в 1916 году, представляют собой крошечные возмущения в пространстве-времени, которые распространяются, когда сталкиваются очень массивные объекты, такие как черные дыры. Эти волны уносят энергию и импульс из системы. Когда две черные дыры сливаются, волны не всегда распространяются равномерно во всех направлениях. Из-за этого дисбаланса конечная черная дыра получает «толчок» или отдачу. Сила этого толчка зависит от масс и спинов двух черных дыр. Направление толчка зависит от ориентации системы в пространстве.
До сих пор ученые в основном могли измерять одну часть этой картины, называемую орбитальным наклоном. Другой важный угол, азимутальный угол, было гораздо труднее определить. Исследовательская группа показала, что особые характеристики гравитационных волн, называемые модами высшего порядка, можно использовать для извлечения этой недостающей информации. Это позволило рассчитать направление отдачи.
Они протестировали этот метод, используя реальное событие под названием GW190412, обнаруженное в 2019 году обсерваториями Advanced LIGO и Virgo. Это событие включало две черные дыры с разными массами и отчетливо продемонстрировало эти волновые паттерны высшего порядка. Используя подробную компьютерную модель, основанную на уравнениях Эйнштейна, исследователи обнаружили, что скорость отдачи превысила 50 км/с. Этого достаточно быстро, чтобы конечная черная дыра могла покинуть некоторые плотные звездные скопления, такие как шаровые скопления. Их статистические результаты дали этому сильное подтверждение с байесовским фактором около 21, что соответствует примерно 95% уверенности.
Команда также определила направление этой отдачи относительно ключевых опорных направлений, таких как орбитальная ось системы и направление от Земли. Они обнаружили, что толчок не был выровнен с плоскостью орбиты и не был направлен прямо к Земле, а скорее указывал куда-то посередине.
Чтобы объяснить эту идею проще, профессор Хуан Кальдерон-Бустильо сравнил сигнал гравитационной волны с оркестром, где разные инструменты становятся более отчетливыми в зависимости от того, откуда вы слушаете. Эта разница в «звучании» помогла команде определить полное трехмерное движение черной дыры. Доктор Коустав Чандра из Университета штата Пенсильвания добавил, что этот подход позволяет ученым реконструировать движение объекта, находящегося на расстоянии миллиардов световых лет, используя только рябь в пространстве-времени.
Такого рода измерения важны для изучения событий, когда слияния черных дыр могут также порождать свет, например, в активных ядрах галактик. Возможность увидеть этот свет зависит от направления отдачи относительно Земли. Таким образом, знание направления отдачи помогает ученым проверить, соответствует ли сигнал гравитационной волны какому-либо наблюдаемому всплеску света или это совпадение.
В целом, это исследование показывает, что наука о гравитационных волнах выходит за рамки простого обнаружения слияний черных дыр. Ученые теперь могут начать точно определять, как именно происходят эти события в пространстве. Измерение как скорости, так и направления отдачи поможет улучшить будущие исследования и даст более четкое представление о том, как черные дыры растут и формируют Вселенную.
Источник: University of Santiago de Compostela
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
