Чорні дірки – дивні об’єкти. Вони не повинні існувати саме таким чином. Згідно з нашими уявленнями, це неправильно.
Протягом десяти років обсерваторії LIGO, Virgo та KAGRA фіксували події, що відбуваються. Чорні діри зіткнулися одна з одною, оберталися… Наші моделі не відповідали дійсності. Ми бачили величезні чорні дірки, які здавалися неможливими для існування, пари чорних дір, які не мали існувати разом… Це було хаотично. Але хаос – це ще наука. Науці потрібний докладний аналіз.
Тепер настав час для цього. З’явився новий набір даних: майже 400 записів про події, що відбуваються. Цього достатньо, щоб почати розраховувати кількість чорних дірок. Картина, яку ми бачимо, не така проста. Схоже, Всесвіт не зважає на наші моделі формування. Вона використовує всі вони.
“Деякі чорні діри утворюються з однієї великої структури, яка руйнується на дві зірки, а потім на дві чорні діри. Інші чорні діри зливаються разом у щільних зоряних скупченнях. А деякі? Це залишки минулих зіткнень”, – говорить Шаран Банагірі, астрофізик з Монаші University в Австралії. Він працює в ARC Centre of Excellence for Gravitation Wave Discovery, або OzGrav.
Він має рацію. Дані підтверджують складну дійсність.
Кількість
Чорні дірки важко виявити. Дуже важко.
Вони затримують світло. Світло – це головний об’єктив Всесвіту. Без нього чорні дірки залишаються невидимими. Але у 2015 році все змінилося. З’явилися гравітаційні хвилі. Хвилі у просторі-часі… Перше виявлення все змінило.
З того часу кількість чорних дірок збільшилася з кожних шість тижнів до чотирьох на тиждень. Це не просто збільшення, це вибух.
“Ми не просто спостерігаємо аномалії”, – говорить Ерік Тране, також з Монасші та OzGrav. “Це картина світу. Великі маси, швидке обертання … Це те, чого ми не могли уявити”.
Чому це важливо
Кількість змінює якість.
Раніше пара чорних дірок, що не відповідали один одному за масою, була просто частиною якоїсь структури. Тепер це дані. Статистика. Ми можемо відрізнити сигнал від шуму. Ми можемо визначити, звідки вони прийшли. Ми навіть можемо використовувати їх для виміру розширення Всесвіту… Але це ще одна проблема для космології.
“Сьогоднішні результати схожі на знахідку стародавнього скарбу. Це відкриття цілого “занапащеного” всесвіту, а не просто окремих об’єктів”, – говорить Деніел Вільямс з Університету Глазго.
Він має на увазі археологію, але у контексті гравітації.
Дві групи, одна загадка
Маси чорних дірок не розподіляються рівномірно. Вони скупчуються у певні місця.
У даних видно два основних піки: маса близько 10 сонячних мас. І ще 35 сонячних мас.
Маленькі чорні дірки – це звичайні зірки, які народилися разом та померли разом. Великі чорні дірки – це проблема. Стандартна теорія зірок не може пояснити існування таких чорних дірок. Зірки не повинні залишати стільки залишків.
Великі чорні дірки, ймовірно, є результатом рециркуляції.
“Хієрархічні зіткнення”. Це складний термін. Маленькі чорні дірки зливаються в одну велику. Нова чорна діра знаходить іншого партнера. Зіткнення відбувається знову. Вона стає більшою і швидше обертається.
Обертання – брехня (або правда)
Дивіться на обертання.
Швидке обертання – це відмітна ознака чорної дірки.
Якщо чорна дірка обертається швидше, ніж передбачає фізика, отже, вона мала історію. Вона утворилася внаслідок зіткнень. Сонце обертається за 25 днів. Уявіть чорну дірку з такою самою швидкістю обертання. Вона обертатиметься тисячі разів на секунду.
“Найцікавіше”, – говорить Банагірі, “це те, наскільки швидко вони обертаються”.
Швидке обертання. Невідповідні маси. Все це вказує на те саме. Багато з цих чорних дірок не є первородними. Це залишки старіших зіткнень.
Деталі
Деякі з 390 виявлених чорних дірок виділяються серед інших.
GW 2501114 – найяскравіший сигнал. Досить ясна, щоб перевірити теорії фізики.
GW 24060dg дозволив краще визначити місце розташування чорної дірки.
Але не відволікайтеся на винятки.
Важливо те, що ми бачимо загалом. Ми спостерігаємо еволюцію чорних дірок. Ми бачимо, як вони народжуються, зливаються і відроджуються в щільних зоряних скупченнях по всьому Всесвіту.
Що буде далі?
Детектори стають кращими. Кількість чорних дірок збільшується. Зображення змінюється. Чи можемо ми дізнатися, що вони обертаються ще швидше? Чи можемо знайти чорні дірки, маса яких перевищує всі очікування? Або ми можемо знайти щось, що повністю порушує правила формування зоряних скупчень.
Ніхто ще не знає.
Ось у чому суть. Двері відчинені. А за нею?
