Астрономія
Астрономія

Гравітаційні хвилі вказали на форму утвореної чорної діри

Числове моделювання показало зв’язок між особливостями гравітаційних хвиль та геометричними деталями видимого горизонту чорної діри, що утворюється у результаті злиття двох чорних дір. Зокрема, дефект у вигляді гострого виступу на горизонті чорної діри корелює з піками частоти у гравітаційних хвилях. Стаття про це доступна у журналі Communications Physics.

Що вченим відомо про гравітаційні хвилі?

Гравітаційні хвилі — це збурення простору-часу. Коли змінюються маси, що утворюють гравітаційне поле, вони випромінюють енергію у вигляді хвиль кривизни поля. Зокрема, гравітаційні хвилі утворюються при злитті масивних об’єктів. З появою інструментів для фіксації цього явища виникла нова галузь астрономії. Наразі Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) та інтерферометр Virgo спостерігали 12 злиттів чорних дір, 2 злиття нейтронних зірок та імовірне злиття нейтронної зірки і чорної діри. Ці події дозволяють зрозуміти природу компактних об’єктів та способи їхнього формування. Спостереження також дають можливість перевірити загальну теорію відносності.

Як гравітаційні хвилі вказують на форму утвореної чорної діри?

Дослідники проводили моделювання зіткнень чорних дір, а потім порівнювали мінливу форму отриманої у результаті чорної діри з гравітаційними хвилями, що утворювалися у процесі. Коли дві чорні діри наближаються одна до одної, частота і амплітуда гравітаційних хвиль збільшується, що вказує на швидкість і радіус орбіт об’єктів. Після зіткнення утворена чорна діра видає сигнал з постійною висотою тону, який поступово затухає. Однак якщо зіткнення спостерігається з «екватора» новоствореної чорної діри, сигнал значно складніший. Його висота піднімається і опускається кілька разів перед остаточним затуханням.

Деталь форми утвореної чорної діри. Регіони сильного випромінювання гравітаційних хвиль (у жовтому кольорі) скупчуються біля її виступу. Чорна діра обертається, повертаючись виступом до спостерігачів. C. Evans, J. Calderón Bustillo / Communications Physics

Деталь форми утвореної чорної діри. Регіони сильного випромінювання гравітаційних хвиль (у жовтому кольорі) скупчуються біля її виступу. Чорна діра обертається, повертаючись виступом до спостерігачів. C. Evans, J. Calderón Bustillo / Communications Physics

Команда виявила, що це пов'язано з формою утвореної в результаті чорної діри. Коли дві початкові чорні діри мають різні розміри, утворений у результаті їхнього злиття об’єкт спочатку має дефект у вигляді витягнутого гострого виступу з одного свого боку. Чорна діра випромінює більш інтенсивні гравітаційні хвилі через найбільш вигнуті області, тобто ті, що знаходяться навколо цього виступу. Це пояснюється тим, що утворена чорна діра також обертається, а її деформована частина кілька разів спрямовується на спостерігача, утворюючи декілька сигналів.