Черные дыры – странные объекты. Они не должны существовать именно таким образом. Согласно нашим представлениям, это неправильно.
На протяжении десяти лет обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA фиксировали происходящие события. Черные дыры столкновались друг с другом, вращались… Наши модели не соответствовали действительности. Мы видели огромные черные дыры, которые казались невозможными для существования, пары черных дыр, которые не должны были существовать вместе… Это было хаотично. Но хаос – это ещё не наука. Науке нужен подробный анализ.
Теперь пришло время для этого. Появился новый набор данных: почти 400 записей о происходящих событиях. Этого достаточно, чтобы начать рассчитывать количество черных дыр. Картина, которую мы видим, не так проста. Похоже, Вселенная не обращает внимания на наши модели формирования. Она использует все они.
“Некоторые черные дыры образуются из одной крупной структуры, которая разрушается на две звезды, а затем на две черные дыры. Другие черные дыры сливаются вместе в плотных звездных скоплениях. А некоторые? Это остатки прошлых столкновений”, — говорит Шаран Банагири, астрофизик из Монасши University в Австралии. Он работает в ARC Centre of Excellence for Gravitation Wave Discovery, или OzGrav.
Он прав. Данные подтверждают сложную реальность.
Количество
Черные дыры трудно обнаружить. Очень трудно.
Они задерживают свет. Свет – это главный объектив Вселенной. Без него черные дыры остаются невидимыми. Но в 2015 году все изменилось. Появились гравитационные волны. Волны в пространстве-времени… Первое обнаружение все изменило.
С тех пор количество черных дыр увеличилось с одной каждые шесть недель до четырех в неделю. Это не просто увеличение, это взрыв.
“Мы не просто наблюдаем аномалии”, — говорит Эрик Тране, также из Монасши и OzGrav. “Это картина мира. Большие массы, более быстрое вращение… Это то, чего мы не могли представить”.
Почему это важно
Количество меняет качество.
Раньше пара черных дыр, не соответствующих друг другу по массе, была просто частью какой-то структуры. Теперь это данные. Статистика. Мы можем отличить сигнал от шума. Мы можем определить, откуда они пришли. Мы даже можем использовать их для измерения расширения Вселенной… Но это ещё одна проблема для космологии.
“Сегодняшние результаты похожи на находку древнего сокровища. Это открытие целой “загубленной” вселенной, а не просто отдельных объектов”, — говорит Дэниел Уильямс из Университета Глазго.
Он имеет в виду археологию, но в контексте гравитации.
Две группы, одно загадка
Массы черных дыр не распределяются равномерно. Они скопляются в определенные места.
В данных видны два основных пика: масса около 10 солнечных масс. И еще 35 солнечных масс.
Маленькие черные дыры – это обычные звезды, которые родились вместе и умерли вместе. Большие черные дыры – это проблема. Стандартная теория звезд не может объяснить существование таких черных дыр. Звезды не должны оставлять столько остатков.
Большие черные дыры, вероятно, являются результатом рециркуляции.
“Хиерархические столкновения”. Это сложный термин. Маленькие черные дыры сливаются в одну большую. Новая черная дыра находит другого партнера. Столкновение происходит снова. Она становится больше и быстрее вращается.
Вращение – ложь (или правда)
Смотрите на вращение.
Быстрое вращение – это отличительный признак черной дыры.
Если черная дыра вращается быстрее, чем предполагает физика, значит, у нее была история. Она образовалась в результате столкновений. Солнце вращается за 25 дней. Представьте черную дыру с таким же скоростью вращения. Она будет вращаться тысячи раз в секунду.
“Самое интересное”, — говорит Банагири, “это то, насколько быстро они вращаются”.
Быстрое вращение. Неподходящие массы. Все это указывает на одно и то же. Многие из этих черных дыр не являются первородными. Это остатки более старых столкновений.
Детали
Некоторые из 390 обнаруженных черных дыр выделяются среди других.
GW 2501114 – самый ясный сигнал. Достаточно ясный, чтобы проверить теории физики.
GW 24060dg позволил лучше определить местоположение черной дыры.
Но не отвлекайтесь на исключения.
Важно то, что мы видим в целом. Мы наблюдаем эволюцию черных дыр. Мы видим, как они рождаются, сливаются и возрождаются в плотных звездных скоплениях по всей Вселенной.
Что будет дальше?
Детекторы становятся лучше. Количество черных дыр увеличивается. Картина меняется. Можем ли мы узнать, что они вращаются еще быстрее? Можем ли мы найти черные дыры, масса которых превышает все ожидания? Или мы можем найти что-то, что полностью нарушает правила формирования звездных скоплений.
Никто еще не знает.
Вот в чем суть. Дверь открыта. А за ней?
