Странная гравитационная волна могла быть испущена первичной черной дырой
Ученые, пусть и с малой долей вероятности, могли обнаружить экзотические первичные черные дыры, возникшие вскоре после Большого взрыва. На это указывают данные обсерваторий LIGO и ее европейского аналога Virgo, которые регистрируют крошечную рябь пространства-времени, возникающую при слиянии массивных объектов, таких как черные дыры.
12 ноября LIGO и Virgo выпустили автоматическое оповещение о слиянии, в котором по крайней мере один объект был слишком легким, чтобы быть обычной черной дырой или нейтронной звездой, образовавшейся в результате коллапса звезды.
«Если это подтвердится, то это колоссально. Это событие невозможно объяснить традиционными астрофизическими процессами», — говорит астрофизик-теоретик Джуна Крун из Даремского университета.
Впрочем, предполагаемый сигнал может быть и просто шумом детектора, допускает астроном Кристофер Берри, участник проекта LIGO из Университета Глазго, который разместил оповещение в Bluesky спустя несколько часов после обнаружения.
«Скорее всего, можно больше поставить против того, что сигнал реален, — полагает он. — Но порассуждать на эту тему все равно интересно».
Рябь пространства-времени
Когда две черные дыры или нейтронные звезды сближаются по спирали, они создают возмущения пространства-времени — гравитационные волны. Для их обнаружения используются огромные инструменты. LIGO состоит из двух L-образных оптических интерферометров в Луизиане и Вашингтоне, каждое плечо которых имеет длину 4 километра и внутри которого резонирует лазерный свет. У расположенной в Италии Virgo трехкилометровые плечи. Проходящая гравитационная волна растягивает одно плечо сильнее, чем другое, в результате чего свет из двух плеч интерферирует и создает в детекторе сигнал, который усиливается и затухает в такт.
С 2015 года LIGO и Virgo зафиксировали более 300 событий. 99% из них были слияниями черных дыр, и несколько — слияниями нейтронных звезд. Во всех случаях масса объектов превышала солнечную. Нейтронные звезды весят от 1,1 до 2,2 солнечных масс, а черные дыры, рожденные в коллапсе звезд, тяжелее, иногда достигая десятков солнечных масс. В новом столкновении по крайней мере один из его участников весил легче Солнца.
«Если это слияние подтвердится, оно может стать неопровержимым доказательством существования популяции первичных черных дыр», — уверен Берри.
Впрочем, это только «если». Для каждого оповещения LIGO и Virgo указывают частоту ложных срабатываний, которая оценивает, как часто один лишь шум детекторов может давать ложный сигнал сопоставимой величины. Для данного оповещения частота ложных срабатываний изначально составляла одно в 6,2 года, потом была пересмотрена до одного в 4 года. Для обычного слияния черных дыр, которые фиксируются раз в несколько дней, такая частота была бы приемлемой, говорит Берри. Но для редкого события, способного переписать учебники, она слишком высока.
Теории — и наблюдения
Аргументы в пользу первичных черных дыр также неоднозначны. Они должны были образоваться, когда плотные сгустки материи в новорожденной Вселенной коллапсировали под действием собственной гравитации и, в принципе, могли иметь любую массу. Некоторые даже предполагают, что первичные черные дыры могут составлять невидимую темную материю Вселенной. Но если такие объекты в большом количестве плавают в космосе, то время от времени один из них должен проходить перед звездой и своим гравитационным полем ненадолго усиливать ее свет. Пока такой эффект не наблюдался, что ограничивает количество первичных черных дыр и исключает их как единственный источник темной материи, говорит Крун.
Сливаться могли и нейтронные звезды, хотя и весьма необычные. Обычные нейтронные звезды в несколько раз тяжелее Солнца. Теоретики придумали сценарии, которые могли бы объяснить более легкие нейтронные звезды. Например, коллапс в черную дыру может ненадолго образовать кольцо материи, которое порождает мини-нейтронные звезды, словно бусины на браслете.
Но это слишком спекулятивная модель, считает астрофизик-теоретик Эмануэле Берти из Университета Джонса Хопкинса: «Это почти так же умозрительно, как и гипотеза о первичных черных дырах».
LIGO и Virgo выпустили оповещение, чтобы астрономы могли поискать вспышку, которая могла сопровождать слияние. Однако источник локализован в области неба, в 6000 раз превышающей размер лунного диска, что, скорее всего, сделает такие поиски бесполезными.
Что дальше
Тем не менее, исследователи, возможно, смогут определить природу источника, основываясь только на сигнале гравитационной волны, говорит Александр Ниц, астроном из Сиракузского университета, бывший участник LIGO. Типичное слияние черных дыр порождает резкий «удар грома», а легкие объекты, сближающиеся по спирали, «гудят» минутами или часами.
«Мы действительно можем измерить: это нейтронные звезды или все-таки черные дыры?» — надеется Ниц.
Чтобы подтвердить реальность события, нужно обнаружить еще несколько подобных, уверены ученые.
«Когда видишь первого кандидата на что угодно, всегда относишься к этому с большим скепсисом, — объясняет Берти. — Но когда начинаешь видеть целое семейство таких событий, уверенность сильно возрастает».
Даже в этом случае этот сомнительный сигнал может так и остаться загадкой, добавляет Крун.
«Вряд ли мы когда-нибудь узнаем наверняка, было ли это оповещение реальным событием или нет», — заключила она.
LIGO обнаружила самое массивное столкновение черных дыр из когда-либо наблюдавшихся
В космосе впервые засекли особенное слияние черных дыр второго поколения
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram