Впервые за всю историю наблюдения чёрных дыр нашей Вселенной учёные зарегистрировали уникальный феномен – яркую вспышку, рождённую в результате столкновения двух чёрных дыр в 7,5 миллиардах световых лет от Земли.

Столкнувшиеся чёрные дыры «танцуют» возле вихря горячей материи, окружающего сверхмассивную чёрную дыру. Этот вихрь называется аккреционным диском: из-за чрезвычайно быстрого вращения трение материи создаёт световое излучение, которое можно увидеть с Земли. Однако внутри диска за пределами горизонта событий сила притяжения чёрной дыры настолько велика, что даже свет не может вырваться из её мёртвой хватки. Именно поэтому прежде учёным никогда не удавалось визуально запечатлеть момент столкновения чёрных дыр.

Слияние чёрных дыр сопровождается излучением гравитационных волн. Это явление отличается весьма слабым искажением пространства-времени, потому на протяжении десятилетий его существование было лишь гипотезой. Данный феномен предсказывал ещё Альберт Эйнштейн, однако в его время учёные не обладали достаточно совершенным оборудованием, способным уловить малейшее гравитационное искажение пространства-времени среди космического шума. В 2016 году состоялось экспериментальное открытие гравитационных волн на фоне слияния двух чёрных дыр в 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Сигнал зарегистрировали обсерватории LIGO и VIRGO.

Обсерватории LIGO и VIRGO представляют собой комплексы сооружений, основным элементом которых является наполненная вакуумом Г-образная система. Принцип их работы заключается в использовании лазерной интерферометрии, которая подразумевает разделение пучка лазера на два луча и их прохождение через оптические пути, расположенные в 4-километровых рукавах системы. Оптические пути обсерваторий представлены специальными зеркалами на подвесах: в норме расстояние между ними идентично, однако пришедшая гравитационная волна изменяет его, незначительно укорачивая один «рукав» и удлиняя другой. Благодаря тому, что каждая обсерватория состоит из пары аналогичных систем, расстояние между ними позволяет определить направление источника гравитационных волн.

В мае 2019 года исследователи зарегистрировали гравитационно-волновое событие S190521g. Его источником был регион в аккреционном диске сверхмассивной чёрной дыры. Сверхмассивные чёрные дыры всегда очень активны, в их аккреционных дисках происходит «кипение» материи и даже небольшие взрывы. Однако событие S190521g свидетельствовало о наличии гораздо более интенсивного происшествия, на фоне которого привычная активность аккреционного диска кажется штилем. Параллельно наблюдениям интерферометрических обсерваторий телескоп Паломарской обсерватории в Сан-Диего зафиксировал яркую вспышку, исходящую из той же точки в космосе. Позже исследователи из Калифорнийского технологического института изучили архивы изображений этой области Вселенной с камеры широкого спектра ZTF (Zwicky Transient Facility) и обнаружили, что время, размер и локализация вспышки полностью совпали с характеристиками события S190521g.

По мнению астрономов, слияние двух чёрных дыр привело к мощнейшему выплеску энергии, из-за которого новообразовавшаяся чёрная дыра как пуля прорвала материю аккреционного диска сверхмассивной чёрной дыры. В местах контакта аккреционных дисков «пули» и сверхмассивной чёрной дыры возросшая сила трения сгенерировала яркую вспышку, которую и узрели земные телескопы. Через несколько лет астрономы ожидают увидеть повторную вспышку, когда новая чёрная дыра вновь войдёт в аккреционный диск своей гигантской соседки и направится к её горизонту событий. Учёные считают, что поиск подобных вспышек важен для расширения наших познаний о чёрных дырах и гравитационных волнах.

Исследователи надеются, что в будущем им удастся запечатлевать больше подобных феноменов при помощи новой гравитационно-волновой обсерватории KAGRA, запуск которой состоялся в феврале 2020 года. Параллельный анализ данных с обсерваторий KAGRA, LIGO и VIRGO позволит в три раза повысить точность локализации источников гравитационных волн.

Источник