|
Полное измерение отдачи от черной дыры
|
|
|
|
Команда исследователей, возглавляемая Институтом физики энергии Алтаря (IGFAE) из Университета Сантьяго-де-Компостела (Испания), впервые измерила скорость и направление отдачи новорожденной черной дыры, образовавшейся в результате слияния двух других. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature Astronomy, позволяют по-новому взглянуть на некоторые из самых экстремальных явлений во Вселенной.
|
|
|
|
Гравитационные волны (GW) - это рябь в ткани пространства-времени, которая распространяется от своих источников со скоростью света, кодируя информацию о них. Они обеспечивают совершенно новый информационный канал, позволяющий нам наблюдать астрофизические явления, которые не излучают свет, такие как слияние черных дыр, и получать новую информацию о процессах, которые излучают свет, таких как слияние сверхновых или нейтронных звезд.
|
|
|
|
Хотя Эйнштейн предсказал существование сверхновых звезд в 1916 году, они настолько слабы, что для их обнаружения требуются невероятно чувствительные детекторы и чрезвычайно бурные астрофизические события, такие как слияние черных дыр, вспышка сверхновых или сам Большой взрыв.
|
|
|
|
По этой причине потребовалось столетие, чтобы впервые обнаружить GWs, когда усовершенствованные детекторы LIGO, расположенные в Хэнфорде (Вашингтон) и Ливингстоне (Луизиана), в сентябре 2015 года зафиксировали сигнал GW150914, испускаемый слиянием двух черных дыр, масса которых примерно в 30 раз превышает массу Солнца. С тех пор было зафиксировано почти 300 таких событий, что позволило нам начать исследовать популяцию черных дыр в нашей Вселенной и испытать гравитацию в ее самом жестоком режиме.
|
|
|
|
|
|
|
Одним из наиболее драматичных последствий слияния черных дыр является отдача от них. Когда две черные дыры сливаются, образующаяся в результате этого одиночная черная дыра испускает гравитационные волны неравномерно в разных направлениях. Этот дисбаланс приводит к тому, что остаток "выбрасывается" прочь — иногда со скоростью в тысячи километров в секунду, достаточно быстрой, чтобы покинуть свою галактику-хозяина.
|
|
|
|
Теперь, спустя десять лет после первого открытия GWs, небольшая группа исследователей из Университета Сантьяго-де-Компостела, Университета штата Пенсильвания и Китайского университета Гонконга впервые измерила скорость и направление отскакивающей черной дыры, образовавшейся во время события GW190412: слияния двух черных дыр. дыры разной массы были обнаружены в 2019 году усовершенствованными детекторами LIGO и Virgo во время третьего периода наблюдений.
|
|
Измерение отдачи от черной дыры
|
|
|
|
Гравитационные волны, излучаемые в разных направлениях, выглядят очень по-разному, что позволяет нам понять, где именно мы находимся вокруг источника. Таким образом, сигналы существенно различаются в зависимости от положения наблюдателя относительно отдачи, что позволяет нам узнать ее направление относительно того, которое определяется источником и Землей. Кроме того, GR сообщает нам скорость отдачи, учитывая измерения масс и вращений источника. С помощью этого мы можем полностью охарактеризовать отдачу.
|
|
|
|
Профессор Хуан Кальдерон-Бустильо (Juan Calderon-Bustillo), исследователь IGFAE и ведущий автор, объясняет это музыкальной аналогией: "Слияние черных дыр можно рассматривать как наложение различных сигналов, подобно музыке оркестра, сочетающей в себе музыку, исполняемую множеством различных инструментов. Однако этот оркестр особенный: зрители, расположенные вокруг него в разных местах, будут записывать разные комбинации инструментов, что позволяет им понять, где именно они находятся".
|
|
|
|
Команда пришла к выводу, что скорость выброса остатка GW190412 превысила 50 км/с — этого достаточно, чтобы вытолкнуть черную дыру из шарового скопления — и определила направление ее выброса относительно Земли, орбитальный угловой момент системы и линию разделения двойной системы за пару секунд до слияния.
|
|
|
|
"Мы разработали этот метод еще в 2018 году. Мы показали, что он позволит измерять выбросы с помощью наших современных детекторов в то время, когда для других существующих методов требовались такие детекторы, как LISA, до которых оставалось более десяти лет", - говорит Кальдерон-Бустильо.
|
|
|
|
"К сожалению, к тому времени Advanced LIGO и Virgo не смогли обнаружить сигнал с "музыкой от различных инструментов", который позволил бы измерить силу удара. Однако мы были уверены, что такое обнаружение должно произойти в ближайшее время. Было чрезвычайно интересно обнаружить GW190412 всего год спустя, заметить, что отдачу, вероятно, можно измерить, и действительно сделать это".
|
|
|
|
Доктор Кустав Чандра, научный сотрудник университета Пенсильвании, говорит: "Это одно из немногих явлений в астрофизике, когда мы не просто что—то обнаруживаем - мы реконструируем полное трехмерное движение объекта, удаленного на миллиарды световых лет, используя только рябь в пространстве-времени. Это замечательная демонстрация того, на что способны гравитационные волны".
|
|
И что будет дальше?
|
|
|
|
Измерение направления отдачи черных дыр может открыть возможности для изучения процессов слияния черных дыр как с помощью гравитационных, так и электромагнитных сигналов.
|
|
|
|
"Слияния черных дыр в плотных средах могут привести к обнаружению электромагнитных сигналов, известных как вспышки, поскольку остаточная черная дыра пересекает плотную среду, подобную активному ядру галактики (AGN)", - говорит Самсон Леонг, аспирант Китайского университета Гонконга и соавтор статьи.
|
|
|
|
"Поскольку видимость вспышки зависит от ориентации отдачи относительно Земли, измерение отдачи позволит нам отличить истинную пару сигналов GW-EM, исходящую от BBH, от простого случайного совпадения".
|
|
|
|
Источник
|
