Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

LIGO поймала гравитационные волны от слияния черных дыр разных масс

N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project

Физики из международных коллабораций LIGO и VIRGO впервые смогли зарегистрировать всплеск гравитационных волн, возникший при слиянии черных дыр в асимметричной двойной системе. Они имели массы 29,7 и 8,4 масс Солнца. Результаты работы позволили как наложить ограничения на модели формирования подобных систем, так и в очередной раз доказать предсказания Общей теории относительности. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org.

Гравитационные волны представляют собой волны колебаний геометрии пространства-времени, существование которых было предсказано Общей теорией относительности Эйнштейна. С момента объявления о первой регистрации гравитационных волн в 2016 году лазерные интерферометры LIGO и VIRGO провели две наблюдательных кампании O1 и O2, которые привели к первому случаю обнаружения гравитационного всплеска от слияния нейтронных звезд и нейтронной звезды и черной дыры, а также к увеличению количества наблюдавшихся слияний черных дыр. Третий наблюдательный период начался 1 апреля 2019 года, после очередной модернизации детекторов, которая позволила существенно увеличить их чувствительность. 

Гравитационный всплеск, получивший обозначение GW190412, был зарегистрирован 12 апреля 2019 года в 05:30 по Гринвичу обсерваторией Advanced Virgo и обеими обсерваториями Advanced LIGO. Разница во времени регистрации позволила оценить местоположение источника сигнала на небесной сфере в пределах 156 квадратных градусов, вероятность ложного срабатывания составляет менее одного события за 105 лет. Оповещение о регистрации всплеска было разослано различным обсерваториям для поиска возможного источника электромагнитного излучения в этой области неба, связанного со всплеском.

Анализ данных показал, что ученым впервые удалось обнаружить гравитационные волны от асимметричной двойной системы черных дыр, которые имели массы 29,7 и 8,4 масс Солнца. До этого момента регистрировались слияния черных дыр с примерно равными массами. Сигнал шел до Земли от 1,9 до 2,9 миллиарда лет. 

Можно выделить два момента делающих это открытие уникальным. Первый заключается в наложении ограничений на модели образования асимметричных по массе двойных черных дыр. Считается, что более массивная черная дыра в системе уже может являться итогом слияния двух черных дыр звездных масс, а подобные системы могут быть результатом столкновений массивных звезд в молодых звездных скоплениях или дальнейшей эволюцией в системах из трех-четырех компактных объектов в ядрах других галактик, в том числе и активных.

Второй момент заключается в новой проверке предсказаний теории относительности. Гравитационные волны сжимают и растягивают объекты в перпендикулярных направлениях. Величина сжатия h определяется массой источника гравитационных волн, а также расстоянием между детектором и источником, ее можно разложить на мультипольные моменты в сферических полярных координатах, центром которых будет сам источник. Каждый мультипольный момент несет определенную информацию об источнике и сопоставление теории с результатами анализа полученных данных позволяет извлечь эту информацию. Теория относительности предсказывает, что асимметричные системы испускают гравитационные волны, для которых будет иметь место вклад от высших мультиполей, что проявится в появлении в сигнале гармоник, похожих на обертоны музыкальных инструментов. Это и было обнаружено в случае GW190412.


О том, что такое гравитационные волны и как их регистрируют можно узнать из наших материалов «На гребне метрического тензора», «Точилка для квантового карандаша» и «Тоньше протона».

Александр Войтюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.