Новая перспектива на слияние черных дыр: гравитационное линзирование как объяснение

Недавние исследования открывают новые горизонты в понимании слияний черных дыр, ставя под сомнение существующие модели их формирования. 23 ноября 2023 года детектор гравитационных волн LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) зафиксировал сигнал, получивший обозначение GW231123. Этот сигнал стал результатом слияния двух черных дыр, одна из которых имела массу в 140 раз больше массы Солнца, а другая — 100 солнечных масс. Однако такие размеры черных дыр вызывают вопросы, так как традиционные модели звездной эволюции не могут объяснить их существование, особенно учитывая скорость их вращения.

Гравитационное линзирование: ключ к пониманию

Исследовательская группа, работающая над этой темой, предполагает, что размеры черных дыр могут быть иллюзией, вызванной явлением, известным как гравитационное линзирование. Это явление было впервые предсказано Альбертом Эйнштейном в его теории относительности 1915 года, которая также предсказала существование гравитационных волн. Согласно этой теории, объекты с массой искривляют пространство и время, образуя четырехмерное целое, называемое "пространственно-временным континуумом". Чем больше масса объекта, тем сильнее искривление, и, следовательно, тем больше его гравитационное воздействие. Гравитационное линзирование происходит, когда свет от удаленного объекта проходит мимо массивного объекта на переднем плане. Этот массивный объект может искривить пространство-время так, что путь света будет изогнут. Это означает, что свет от одного и того же источника может достигать Земли в разное время в зависимости от того, насколько сильно он был отклонен. Такой эффект может увеличить яркость удаленного источника, что уже успешно использовалось для наблюдения за далекими и древними галактиками, которые обычно слишком тусклые для наблюдения.

Применение к гравитационным волнам

Исследователи предполагают, что аналогичный эффект может применяться и к гравитационным волнам. Мигель Зумалакарагей, один из участников команды, отметил: "Как и свет, гравитационные волны также могут быть отклонены, увеличены и разделены на несколько сигналов массивными объектами". Это открывает новые возможности для изучения и идентификации сигналов, которые были подвержены линзированию. Чтобы проверить эту гипотезу, команда разработала математическую модель гравитационного линзирования и создала программное обеспечение, способное быстро и эффективно анализировать эти данные. "Если мы предположим, что GW231123 был отклонен и искажен компактным объектом массой от 190 до 850 солнечных масс или расширенной структурой, такой как глобулярный кластер, мы можем понять наблюдаемые высокие массы", — добавила Срашти Гоял, еще один участник исследования.

Новые выводы и загадки

При моделировании события с учетом линзирования команда пришла к выводу, что слияние происходило в системе с массой 140 солнечных масс, а не 240, как предполагалось ранее. Однако пока неясно, какой массивный объект мог быть ответственен за линзирование сигнала GW231123. Зумалакарагей подчеркивает, что "природа линзы остается большой загадкой в нашем анализе, поскольку отдельные компактные линзы с массой от 100 до 1000 солнечных масс должны быть крайне редкими". Будущие исследования должны выяснить, могут ли такие линзы образовываться, или же объяснение этого события может заключаться в ансамбле более легких объектов, включая звезды. На данный момент команда не может с уверенностью утверждать, является ли GW231123 первым сигналом гравитационных волн, подверженных линзированию. Для обнаружения будущих сигналов подобного рода потребуется улучшение чувствительности детекторов, таких как LIGO. Тем не менее, даже до этого момента исследования подчеркивают полезность астрономии гравитационных волн для изучения некоторых из самых разрушительных событий во Вселенной. Исследование было опубликовано 25 августа в журнале Astrophysical Journal Letters.