Гравітаційні хвилі – пульсації у просторі-часі, спричинені бурхливими космічними подіями, – поширюються зі швидкістю світла в усіх напрямках і врешті-решт затухають, як брижі на воді. Але деякі події настільки руйнівні і екстремальні, що створюють збурення в просторі-часі, більше схожі на потужні хвилі, ніж на маленькі брижі, з достатньою енергією, щоб досягти наших власних детекторів тут, на Землі.
Сьогодні колаборація LIGO оголосила про виявлення найколосальнішого з відомих на сьогоднішній день злиття чорних дір, кінцевим продуктом якого є гігантська чорна діра, що більш ніж у 225 разів перевищує масу Сонця. Багато чого в цьому сигналі, позначеному GW231123, суперечить відомим моделям зоряної еволюції, змушуючи фізиків ламати голову над тим, як таке злиття взагалі було можливим.
LIGO, або Лазерна інтерферометрична обсерваторія гравітаційних хвиль, увійшла в історію фізики у 2015 році, вперше виявивши гравітаційні хвилі, зафіксувавши космологічне відлуння двох чорних дір, що зіткнулися. Після цього нобелівського відкриття LIGO Collaboration, міжнародне партнерство між LIGO і Virgo та KAGRA в Італії та Японії відповідно, продовжує ретельне спостереження за галактикою. Співпраця виявила численні сигнали від нейтронних зірок, наднових і близько 300 злиттів чорних дір.
Але GW231123, яку вперше спостерігали 23 листопада 2023 року, здається, є безпрецедентним звіром злиття чорних дір. Дві величезні чорні діри, маса яких у 137 і 103 рази перевищує масу Сонця, зуміли втриматися разом, незважаючи на їхню величезну сукупну масу, обертаючись зі швидкістю, що в 400 000 разів перевищує швидкість обертання Землі, і утворивши ще більшу чорну діру. Щоб уявити її розміри в перспективі, попередній рекордсмен такого злиття, GW190521, приблизно в 140 разів перевищує масу Сонця.
Враховуючи гравітаційно хаотичну природу середовища чорних дір, з їхніми поштовхами і притяганнями, дивовижно, що це злиття було достатньо стабільним, щоб гравітаційні хвилі, які виникли в результаті, досягли LIGO, який виявив сигнали тривалістю 0,1 секунди. Такі епізоди повинні бути “заборонені” згідно зі стандартними моделями еволюції, сказав Марк Ханнам, член LIGO і фізик з Університету Кардіффа, в своїй заяві.
“Одна з можливостей полягає в тому, що дві чорні діри в цій бінарній утворилися внаслідок попереднього злиття менших чорних дір”, – припустив він. “Це наймасивніша бінарна чорна діра, яку ми спостерігали за допомогою гравітаційних хвиль, і вона кидає справжній виклик нашому розумінню утворення чорних дір”.
“Схоже, що чорні діри обертаються дуже швидко – майже до межі, дозволеної теорією відносності Ейнштейна”, – пояснив Чарлі Хой, член LIGO і фізик з Університету Портсмута в Англії, в тому ж релізі. “Це робить сигнал складним для моделювання та інтерпретації. Це чудовий приклад для просування вперед розвитку наших теоретичних інструментів”.
Вчені представлять свої висновки про GW231123 наступного тижня на 24-й Міжнародній конференції із загальної теорії відносності та гравітації (GR24) та 16-й конференції Едоардо Амальді з гравітаційних хвиль, які відбудуться спільно в рамках зустрічі GR-Amaldi в Глазго, Великобританія. Після цього дані будуть опубліковані для громадського обговорення, що дасть старт перегонам за розгадку таємниці GW231123 – хоча навряд чи ми отримаємо чітку відповідь найближчим часом.
“Спільноті знадобляться роки, щоб повністю розгадати цю складну структуру сигналу і всі її наслідки”, – додав Грегоріо Карулло, також член LIGO і фізик з Бірмінгемського університету, Англія. “Незважаючи на те, що найбільш вірогідним поясненням залишається злиття чорних дір, більш складні сценарії можуть бути ключем до розшифровки його несподіваних особливостей. Захоплюючі часи попереду!”
Фізики вперше задумалися про гравітаційні хвилі ще наприкінці 19 століття, але популярності ця ідея набула завдяки Альберту Ейнштейну. Як один з небагатьох методів спостереження, який не потребує світла, щоб “побачити” космічні явища, гравітаційні хвилі не мають собі рівних за потенціалом допомогти людству розкрити багато таємниць чорних дір, стародавніх зірок і навіть темної матерії. Отже, попереду справді захоплюючі часи!
