Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) с помощью обсерватории LIGO в Хэнфорде и Ливингстоне обнаружила слияние самых массивных чёрных дыр, когда-либо наблюдавшихся с помощью гравитационных волн. В результате слияния образовалась чёрная дыра, масса которой в 225 раз превышает массу Солнца. Сигнал, получивший обозначение GW231123, был зафиксирован во время четвёртого сеанса наблюдений сети LVK 23 ноября 2023 года.
Две слившиеся чёрные дыры были примерно в 100 и 140 раз массивнее Солнца. Помимо большой массы, они также быстро вращаются, что делает этот сигнал уникальным и трудным для интерпретации и указывает на возможность сложной истории формирования.
«Это самая массивная двойная система чёрных дыр, которую мы наблюдали с помощью гравитационных волн, она бросает настоящий вызов нашим представлениям о формировании чёрных дыр, — говорит профессор Марк Ханнэм из Кардиффского университета. — Чёрные дыры такой массы не могут образоваться в рамках стандартных моделей звёздной эволюции. Возможно, две чёрные дыры в этой двойной системе образовались в результате более ранних слияний чёрных дыр меньшего размера».
На сегодняшний день с помощью гравитационных волн было зафиксировано около 300 случаев слияния чёрных дыр. До сих пор самой массивной подтверждённой двойной системой чёрных дыр был источник GW190521, общая масса которого была всего в 140 раз больше массы Солнца.
Высокая масса и чрезвычайно быстрое вращение чёрных дыр в GW231123 выходят за рамки как технологии обнаружения гравитационных волн, так и современных теоретических моделей. Для получения точной информации из сигнала потребовалось использовать теоретические модели, учитывающие сложную динамику быстро вращающихся чёрных дыр.
«Похоже, что чёрные дыры вращаются почти на пределе, допустимом общей теорией относительности Эйнштейна, — объясняет доктор Чарли Хой из Портсмутского университета. — Из-за этого сигнал сложно смоделировать и интерпретировать. Это отличный пример для разработки теоретических инструментов».
Исследователи продолжают совершенствовать анализ и улучшать модели, используемые для интерпретации таких экстремальных явлений. «Сообществу потребуются годы, чтобы полностью разобраться в этой сложной сигнальной картине и её последствиях», — говорит доктор Грегорио Карулло, доцент Бирмингемского университета. «Несмотря на то, что наиболее вероятным объяснением остаётся слияние чёрных дыр, более сложные сценарии могут стать ключом к расшифровке неожиданных особенностей этого явления»
Детекторы гравитационных волн, такие как LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, предназначены для измерения мельчайших искажений пространства-времени, вызванных такими мощными космическими событиями, как слияние чёрных дыр.
«Это событие выводит возможности в области инструментария и анализа данных на предел того, что возможно в настоящее время, — говорит доктор Софи Бини, научный сотрудник Калифорнийского технологического института. — Это яркий пример того, как много мы можем узнать с помощью гравитационно-волновой астрономии и сколько ещё предстоит открыть».
GW231123 будет представлен на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) и 16-й Конференции Эдоардо Амальди по гравитационным волнам. Откалиброванные данные, использованные для обнаружения и изучения GW231123, будут доступны для анализа другими исследователями через Открытый научный центр гравитационных волн (GWOSC).
[Фото: Mark Hannam / LIGO]
