Учёные зафиксировали самое массивное слияние чёрных дыр в истории наблюдений. Мощнейшее столкновение, «услышанное» в виде ряби пространства-времени — гравитационных волн, — бросило вызов существующим моделям Вселенной. Объекты, участвовавшие в этом катаклизме, настолько массивны, что их происхождение остаётся загадкой для науки.

Событие, обозначенное как GW231123, было зарегистрировано 23 ноября 2023 года сетью детекторов LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) во время их четвёртой наблюдательной кампании. Эти сверхчувствительные лазерные интерферометры, расположенные в США, Италии и Японии, уловили сигнал от столкновения двух чёрных дыр массами 100 и 140 солнечных. В результате образовалась новая чёрная дыра массой в 225 Солнц, а оставшаяся энергия превратилась в гравитационные волны, распространившиеся по космосу.

До этого рекорд принадлежал событию GW190521 (2021 год), где на свет появилась чёрная дыра в 140 солнечных масс. Однако GW231123 превзошёл даже этот показатель. «Эти чёрные дыры настолько массивны, что их существование противоречит стандартным моделям звёздной эволюции», — заявляет Марк Ханнам из Кардиффского университета, участник коллаборации LVK. Учёные предполагают, что предшественники GW231123 могли сами быть результатом более ранних слияний меньших объектов.

Но не только масса делает открытие уникальным. Данные указывают, что как минимум одна из чёрных дыр перед столкновением вращалась с экстремальной скоростью, приближающейся к пределу, допустимому общей теорией относительности Эйнштейна. «Такой сигнал сложно смоделировать, — отмечает Чарли Хой из Университета Портсмута. — Это идеальный случай для развития наших теоретических инструментов».

Новые горизонты LIGO и партнёров

LIGO (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) уже не впервые переписывает учебники по астрофизике. В 2015 году её детекторы в США впервые зафиксировали гравитационные волны — спустя ровно 100 лет после предсказания Эйнштейна. Тогда сигнал GW150914 возник от слияния чёрных дыр, породившего объект в 62 солнечных массы.

С тех пор к LIGO присоединились европейский Virgo и японский KAGRA. Совместно они обнаружили свыше 300 слияний, причём более 200 из них — в рамках текущей кампании. Однако GW231123 выделяется даже на этом фоне. «Эта система проверяет наши технологии и теорию на прочность», — подчёркивает Софи Бини из Калифорнийского технологического института.

Расшифровка сигнала потребует времени. «Не исключено, что за необычными характеристиками GW231123 скрываются более сложные сценарии, — говорит Грегорио Каррулло из Бирмингемского университета. — Нас ждут увлекательные открытия!»

Детали слияния были представлены 14 июля на 24-й Международной конференции по общей теории относительности и гравитации (GR24) в Глазго.

Учёные уже начали моделировать возможные сценарии формирования столь массивных пар чёрных дыр. Одна из гипотез — их образование в плотных звёздных скоплениях, где частые столкновения ускоряют «сборку» тяжёлых объектов. Альтернатива — существование в ранней Вселенной первичных чёрных дыр, возникших не из звёзд, а в результате флуктуаций материи после Большого взрыва.

Кроме того, экстремальное вращение чёрной дыры может быть ключом к пониманию её происхождения. Если дыра «раскручивалась», поглощая вещество или сливаясь с другими объектами, это должно оставлять следы в гравитационных волнах. Новые данные LVK помогут уточнить, как именно взаимодействуют чёрные дыры в двойных системах и какие процессы доминируют в их эволюции.

Уже в 2025 году, после модернизации, детекторы LVK重启（начнут）новый этап наблюдений с повышенной чувствительностью. Это позволит находить ещё более далёкие и массивные слияния, приближая нас к разгадке тайн тёмной стороны Вселенной.