Международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) обнаружила слияние самых массивных черных дыр, когда-либо наблюдавшихся с помощью детекторов гравитационных волн. Наблюдения проводились в обсерваториях LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) в Хэнфорде (штат Вашингтон) и Ливингстоне (Луизиана). В результате мощного слияния образовалась черная дыра (ЧД), масса которой примерно в 225 раз превышает массу Солнца. Сигнал от объекта, зарегистрированного в астрономических справочниках под индексом GW231123, был впервые обнаружен во время четвертого цикла наблюдений сети LVK 23 ноября 2023 года.
Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO вошла в историю в 2015 году, когда впервые смогла напрямую обнаружить гравитационные волны, своего рода рябь в пространственно-временном континууме. Волны исходили от слияния черных дыр, в результате которого в конечном итоге образовалась ЧД с массой 62 M⊙. Сигнал был обнаружен совместно двумя детекторами LIGO в Ливингстоне и в Хэнфорде. Иных способов зафиксировать такое событие не существует — черные дыры невозможно наблюдать ни в обычный оптический телескоп, ни с помощью оборудования, работающего в других диапазонах электромагнитного спектра.
С тех пор команда LIGO объединилась с командами детекторов Virgo в Италии и KAGRA в Японии. Эти детекторы в совокупности наблюдали более 200 слияний черных дыр в ходе своего четвертого запуска и около 300 в общей сложности с начала первого запуска LIGO в 2015 году. До сих пор самая массивная «объединенная» ЧД, задокументированная в 2021 году под индексом GW190521, имела общую массу «в сто сорок солнц» (140 M⊙) — как у Маяковского.
В ходе события GW231123 «свежеиспеченная» ЧД массой 225 M⊙ образовалась в результате слияния черных дыр, каждая из которых примерно в 100 и 140 раз больше массы Солнца. При этом часть вещества в результате события «потерялась» в виде излучения.
Стандартные модели звездной эволюции не допускают образование черных дыр такой массы, не говоря о сверхмассивных черных дырах (СМЧД). Однако у астрофизиков накопилось уже больше десятка объяснений феномена. Одна из возможностей заключается в том, что две черные дыры в бинарной системе образовались в результате более ранних слияний объектов меньшего размера.
Высокая масса и чрезвычайно быстрое вращение компонентов в GW231123 расширяют возможности обнаружения испускаемых ими гравитационных волн и позволяют усовершенствовать алгоритмы моделирования динамических процессов за горизонтом событий сливающихся дыр.
Эти черные дыры вращаются очень быстро — почти на пределе, допускаемом общей теорией относительности Эйнштейна. Это затрудняет моделирование и интерпретацию сигнала. Но это отличное практическое исследование для продвижения вперед в разработке наших теоретических инструментов.
Детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, предназначены для измерения мельчайших искажений пространства-времени, вызванных высокоэнергетическими космическими событиями. Четвертый цикл наблюдений начался в мае 2023 года, а результаты дополнительных наблюдений за первую половину цикла (до января 2024 года) будут опубликованы в конце нынешнего лета.
Итоги наблюдений GW231123 будут представлены на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) и 16-й конференции Эдоардо Амальди по гравитационным волнам, которые пройдут совместно на встрече GR-Amaldi в Глазго 14-18 июля 2025 года. Откалиброванные данные, использованные для обнаружения и изучения GW231123, будут предоставлены другим исследователям для анализа в Открытом научном центре гравитационных волн (GWOSC).
Недавно мы опубликовали материал о компьютерном моделировании слияния двух нейтронных звезд с образованием черной дыры.
