Фізики вперше знайшли "пожирачів матерії" другого покоління: допоміг Ейнштейн

Учені за допомогою детекторів LIGO, Virgo і KAGRA зареєстрували гравітаційні хвилі, які виникли внаслідок злиття двох пар величезних чорних дір. Після злиття з'явилися більші чорні діри. Про те, що чорні діри під час злиття випускають гравітаційні хвилі, тобто пульсації в тканині простору-часу, передбачив Альберт Ейнштейн понад 100 років тому. Уперше гравітаційні хвилі були виявлені у 2015 році. Нове дослідження, опубліковане в журналі Astrophysical Journal Letters, дало змогу астрофізикам також провести перевірку загальної теорії відносності Ейнштейна і теорії в галузі фізики елементарних частинок. Але найголовніше, що вчені підтвердили теорію про те, що чорні діри другого покоління існують, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Незвичайне злиття двох пар чорних дір

Учені зафіксували дві події злиття величезних чорних дір, кожна з яких має свої особливості.

• Перше злиття, назване GW241011, сталося внаслідок зіткнення чорної діри масою в 17 разів більшою за масу Сонця з чорною дірою, маса якої в 7 разів більша за масу нашої зірки. Це злиття відбулося на відстані 700 млн світлових років від нас. Науковці з'ясували, що більш масивна чорна діра є однією з чорних дір, які найшвидше обертаються, серед відомих. Швидкість її обертання становить 75% від теоретичного максимуму.
• Друге злиття, назване GW241110, відбулося внаслідок зіткнення чорної діри, що має масу, у 16 разів більшу за масу Сонця, з чорною дірою, маса якої у 8 разів більша за масу нашої зірки. Це злиття відбулося на відстані 2,4 мільярда світлових років від нас. Дослідження показало, що більша чорна діра оберталася перед злиттям у протилежному напрямку її обертанню навколо іншої чорної діри. Таке вперше виявили астрофізики, адже зазвичай чорні діри перед злиттям обертаються в одному напрямку з їхніми орбітами.
• У результаті двох подій злиття чорних дір були утворені більші пожирачі матерії. Відомо, що все, що опиняється за горизонтом подій чорної діри ніколи не виходить назовні, не лише матерія, а й світло.

Учені вперше виявили чорну діру другого покоління

Вивчення особливостей гравітаційних хвиль, створених під час двох подій злиття чорних дір, дозволили зробити важливе відкриття. Астрофізики з'ясували, що більші чорні діри в кожній парі вже були створені в результаті минулого зіткнення чорних дір меншого розміру. Таким чином вчені вперше підтвердили те, що чорні діри другого покоління існують, як це передбачали теорії.

Процес зростання чорних дір шляхом зіткнень відомий як ієрархічне злиття. Вважається, що воно відбувається в густонаселених областях космосу, таких як зоряні скупчення, де чорні діри з більшою ймовірністю зустрічаються і зливаються знову і знову, що призводить до утворення більших чорних дір.

Фізики перевірили теорію відносності Ейнштейна

Вчені змогли настільки ретельно вивчити два злиття чорних дір, що це дало змогу перевірити з їхньою допомогою теорії фізики елементарних частинок, і перевірити саму загальну теорію відносності Ейнштейна. Остання якраз і передбачила існування чорних дір і гравітаційних хвиль.

Астрофізики шукали ефекти, які, можливо, не пояснюються теорією Ейнштейна, але виявили хорошу згоду між теорією і спостереженнями. Хоча для виявлення того, що лежить за межами теорії відносності, можливо, буде потрібно лише спостереження більшої кількості таких подій.

Астрофізики також перевірили теорію про існування надлегких бозонів. Це частинки, які виходять за рамки Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Якщо вони існують, надлегкі бозони повинні отримувати енергію обертання від чорних дір, що обертаються. Кількість енергії, що витягується цими частинками і ступінь їхнього уповільнення, залежить від їхньої маси. Відкриття того факту, що чорна діра в події GW241011 ще обертається з високою швидкістю за мільйони років після злиття, унаслідок якого вона виникла, мабуть, виключає існування низки надлегких бозонів.

Як уже писав Фокус, астрофізики з'ясували, наскільки компактною може стати нейтронна зірка перед тим, як перетворитися на чорну діру.

Також Фокус писав про те, що космічний апарат NASA сфотографував зловісну посмішку на Сонці. Це явище створила величезна корональна діра, яка випустила потік сонячних частинок у бік Землі.