Астрономы зафиксировали столкновение двух черных дыр с беспрецедентной степенью детального исследования, открыв наиболее ясную из ныне доступных перспектив на природу этих загадочных объектов и подтвердив древние предсказания классиков теоретической физики, таких как Альберт Эйнштейн и Стивен Хокинг. Событие, обозначенное как GW250114, было зарегистрировано в январе с помощью лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории LIGO — парной установки, функционирующей в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон. Приборы зафиксировали гравитационные волны — едва уловимые рябь в ткани пространства-времени, возникающую при рождении и слиянии черных дыр.

Поиск гравитационных волн, предсказанных в 1915 году в рамках общей теории относительности Эйнштейна, остается единственным прямым методом регистрации с Земли событий, связанных с черными дырами. Сам Эйнштейн сомневался в практической возможности детектирования этих волн, но в сентябре 2015 года LIGO впервые зарегистрировала их, событие, которое впоследствии было отмечено Нобелевской премией за вклад в создание этого «телескопа для прослушивания вселенной».

<По словам Максимилиано Изи, доцента астрономии Колумбийского университета и исследователя Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрона в Нью-Йорке, массы двух недавно образовавшихся черных дыр составляют приблизительно 30–35 масс Солнца каждая, и их собственные вращения были низкими. Изи возглавила новое исследование в рамках совместного коллаборационного проекта LIGO–Virgo–KAGRA, в котором проанализированы данные GW250114 и результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. «Черные дыры находятся на расстоянии порядка миллиарда световых лет и вращались по почти идеальным круговым орбитам», — отметила Изи. «Масса вновь образованной черной дыры составляет примерно 63 солнечные массы, и её собственное вращение достигает порядка 100 оборотов в секунду».

По словам Изи, эти параметры делают наблюдаемое слияние почти точной повторной версией первого революционного открытия, сделанного десять лет назад. «Однако теперь, благодаря существенным техническим улучшениям, мы видим эти объекты с заметно большей разрешающей способностью: их орбиты слились и превратились в единый массив, что раскрывает детали, ранее скрытые за шумом», — добавила она.

Изи подчеркнула, что это наблюдение открывает исследователям «новую перспективу на динамику пространства и времени».

Эйнштейн и двухцветное кольцо

LIGO, вместе с двумя вспомогательными детекторами — Virgo в Италии и KAGRA в Японии — формирует международную сеть, суммарно регистрирующую около 1600 наблюдаемых сигналов. Инструмент функционирует как чрезвычайно чувствительный интерферометр, фиксируя крошечные изменения в длине плеч, вызванные гравитационными волнами: «изменение, в тысячу раз меньше радиуса атомного ядра», как образно поясняет Изи. До настоящего момента с помощью этой сети исследователи наблюдали свыше 300 слияний черных дыр.

Ранее в этом году детекторы зафиксировали самое массивное на сегодняшний день столкновение пар черных дыр — с исходными массами около 100 и 140 солнечных масс. После этого эпизода ключевые компоненты LIGO, включая лазеры и зеркала, подверглись модернизации для повышения точности и подавления фонового шума. Благодаря этим улучшениям текущее наблюдение оказалось более чем в три раза точнее по сравнению с первым обнаружением десятью годами ранее.