Учёные впервые вычислили «отдачу» — вектор скорости — чёрной дыры, образовавшейся при слиянии двух предшественников. Это открытие стало возможным благодаря анализу гравитационных волн события GW190412, зафиксированного в 2019 году. Исследователи установили, что несимметрия столкновения придала новообразованному объекту скорость свыше 50 км/с.
«Это одно из редких явлений в астрофизике, когда мы не просто фиксируем событие, но и восстанавливаем полное трёхмерное движение объекта, удалённого на миллиарды световых лет, лишь по „волнам“ в ткани пространство-времени», — отмечает астрофизик Коустав Чандра из Пенсильванского государственного университета. «Данный результат наглядно демонстрирует потенциал гравитационных волн».
С момента первого детектирования гравитационных волн прошло уже десять лет, и приборы LIGO, Virgo и KAGRA суммарно зарегистрировали сотни столкновений чёрных дыр. Гравитационные волны напоминают рябь на водной поверхности, только «средой» здесь является само пространство-время. При сближении двух чёрных дыр их гравитационные поля искривляют пространство-время, порождая волны, которые распространяются со скоростью света. Их слияние вызывает мощный гравитационный «удар», приводящий к формированию единой чёрной дыры. Анализ таких волн позволяет исследователям определять параметры чёрных дыр, в том числе массы и углы вращения исходных объектов, а также массу конечного тела.
«Слияние чёрных дыр можно сравнить с наложением множества звуковых партий, как в оркестровом произведении», — объясняет астрофизик Хуан Калдерон-Бустильо из Университета Сантьяго-де-Компостела. «Но этот „оркестр“ уникален: наблюдатели, расположенные в разных точках, уловят различные сочетания „инструментов“, что даст возможность определить их положение относительно источника».
Одним из наиболее зрелищных эффектов подобных явлений — будь то взрыв сверхновой или слияние чёрных дыр — является так называемый «натальный пинок» (natal kick). При наличии асимметрии процесса, например, при неравномерном выбросе энергии сверхновой или значительной разнице масс соприкасающихся чёрных дыр, кинетическая энергия передаётся неравномерно, что придаёт формирующейся чёрной дыре мощный импульс в конкретном направлении.
В апреле 2019 года коллаборация LIGO–Virgo зарегистрировала слияние двух чёрных дыр с массами 29,7 и 8,4 солнечных массы. Невысокая масса образовавшегося объекта обуславливала удлинённый сигнал, что обеспечило учёным богатый массив данных. Применив ранее разработанный метод анализа, исследователи вычислили угол и скорость «отдачи» новой чёрной дыры. Полученные значения оказались достаточно высокими, чтобы выбросить её за пределы шарового звёздного скопления.
Хотя событие произошло на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет, и современные телескопы не способны достоверно наблюдать шаровое скопление на такой дистанции, если чёрная дыра изначально обитала в нём, скорее всего, она уже покинула его пределы.
По мнению авторов исследования, данный метод способен стать мощным инструментом при изучении слияний чёрных дыр. «В плотных средах такие события могут сопровождаться наблюдаемыми электромагнитными вспышками, когда остаточная чёрная дыра проходит через, например, активное ядро галактики», — отмечает астрофизик Самсон Леонг из Китайского университета Гонконга. «Поскольку яркость вспышки зависит от направления „отдачи“ относительно Земли, её измерение позволит отличать истинные сопряжённые сигналы гравитационных волн и электромагнитных выбросов от случайных наложений».
Источник: iXBT
