Гравитационные волны от слияния сверхмассивных черных дыр будут обнаружены в течение 10 лет

Ноя 13, 2017 Леонид Гляделов

Новое исследование, опубликованное 13 ноября в Nature Astronomy, предсказывает, что гравитационные волны, возникающие в результате слияния двух сверхмассивных черных дыр, будут обнаружены в течение 10 лет. В исследовании впервые используются реальные данные, а не компьютерное моделирование, чтобы предсказать, когда будет сделано такое наблюдение.

«Гравитационные волны от этих сверхмощных двойных слияний черных дыр являются самыми мощными во вселенной», - говорит ведущий исследователь Chiara Mingarelli, научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики в Институте Уоллирона в Нью-Йорке.

«Они абсолютно карлизируют слияния черных дыр, обнаруженные LIGO» или «Гравитационно-волновая обсерватория лазерного интерферометра», которая впервые обнаружила гравитационные волны от сталкивающихся черных дыр в феврале 2016 года

Обнаружение сверхмассивного слияния черных дыр даст новое представление о том, как развиваются массивные галактики и черные дыры, говорит Мингарелли. С другой стороны, отсутствие какого-либо подобного наблюдения в течение 10-летнего периода времени потребует пересмотра того, как сливаются сверхмассивные черные дыры.

Супермассивные черные дыры живут в сердце крупных галактик, включая наш собственный Млечный Путь, и могут быть в миллионы или даже миллиарды раз больше массы Солнца.
Для сравнения, сливающиеся черные дыры, обнаруженные до сих пор гравитационными волновыми детекторами, были всего в несколько десятков раз больше массы Солнца.

Хотя эти гравитационные волны сильны, они лежат за пределами длин волн, которые в настоящее время наблюдаются в ходе текущих экспериментов, таких как LIGO и Virgo. Новая охота на гравитационные волны, образованные слиянием сверхмассивных черных дыр, вместо этого будет использовать звезды, называемые пульсарами, которые действуют как космические метрономы. Быстро вращающиеся звезды посылают постоянный ритм радиоволн.
Поскольку проходящие гравитационные волны растягиваются и сжимают пространство между Землей и пульсаром, ритм слегка изменяется. Эти изменения затем контролируются проектами наблюдения за пульсаром на Земле.

Mingarelli и его коллеги оценили, как долго эти проекты будут направлены на то, чтобы определить их первое сверхмассивное слияние черных дыр. Команда каталогизировала близлежащие галактики, которые могут содержать пары сверхмассивных черных дыр. Затем исследователи объединили эту информацию с картой близлежащих пульсаров, чтобы найти в первый раз - вероятность окончательного обнаружения с течением времени.

Одним из сюрпризов из результатов было то, что галактики, скорее всего, будут предлагать первый взгляд на сверхмассивное слияние черных дыр. Большие галактики означают большие черные дыры и, следовательно, более сильные гравитационные волны. Но большие черные дыры также сливаются быстрее, уменьшая окно, в течение которого могут быть обнаружены гравитационные волны. Слияние черных дыр в массивной галактике, такой как M87, могло бы дать обнаруживаемые гравитационные волны в течение 4 миллионов лет, например, в то время как более скромная галактика, такая как Галактика Сомбреро, предложила бы 160-миллионное окно.

Успешное обнаружение даст астрофизикам лучшее понимание астрофизики в центре слияний галактик, говорит Мингарелли, и предоставит новый путь для изучения фундаментальной физики, недоступной никакими другими способами. Число отдельных сверхмассивных бинарных частиц черной дыры также показывает меру того, как часто галактики сливаются, что является важной мерой того, как вселенная эволюционировала с течением времени.
Если слияние сверхмассивных черных дыр не видно, это может быть связано с тем, что черные дыры останавливаются около трех световых лет (или одного парсека) разделения. Эта головоломка известна как проблема конечного парсека. Две черные дыры со временем постепенно соприкасаются по мере того, как их орбиты деградируют по мере потери энергии, создавая гравитационные волны, но процесс может занять больше времени, чем текущий возраст Вселенной.