Астрономы нашли доказательство столкновения сверхмассивных черных дыр

В конце июня пять независимых групп радиоастрономов опубликовали серию работ, доказывающих, что Вселенная заполнена гравитационными волнами, создаваемыми сталкивающимися сверхмассивными черными дырами.

Команды из Северной Америки, Европы, Индии, Китая и Австралии наблюдали за быстро вращающимися мертвыми звездами, известными как пульсары, чтобы собрать информацию о гравитационных волнах.

"Представленные сегодня результаты знаменуют начало нового путешествия во Вселенную, чтобы раскрыть некоторые из ее неразгаданных тайн", - говорится в заявлении Майкла Кейта, преподавателя астрофизики в Центре астрофизики Джодрелл Бэнк при Университете Манчестера и члена European Pulsar Timing Array (EPTA).

Гравитационные волны - это рябь в ткани пространства-времени, которая распространяется по Вселенной со скоростью света. Хотя Альберт Эйнштейн предсказал их существование в 1916 году, прошло почти целое столетие, прежде чем колебания пространства-времени были обнаружены на Земле с помощью Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в 2015 году.

Гравитационные волны заставляют пространство растягиваться и сжиматься. Тщательно измеряя, как объекты в пространстве меняют свое положение относительно друг друга, ученые могут сделать вывод о прохождении гравитационной волны.

Для обнаружения низкочастотного гула гравитационных волн, создаваемых сверхмассивными черными дырами, в миллиарды раз массивнее Солнца, астрофизики использовали расчеты по изменению расстояния между Землей и пульсарами в Млечном Пути. Это явление известно как временной массив пульсаров.

Пульсары - это остатки взрывов сверхновых: умирающие звезды, которые коллапсируют в сильно намагниченные и быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые непрерывно испускают пучки электромагнитного излучения. Лучи могут пересекать пространство несколько сотен раз в секунду. Когда некоторые из них направлены в сторону Земли, они выглядят как очень регулярные радиоимпульсы.

"Пульсары - отличные естественные часы, - говорится в заявлении Дэвида Чемпиона, ученого из Института радиоастрономии Макса Планка и EPTA. - Мы используем регулярность их сигналов для поиска мельчайших изменений в их тиканье, чтобы обнаружить тонкое растяжение и сжатие пространства-времени". 

В течение последних 15 лет радиоастрономы из разных команд тщательно отслеживали импульсы от 100 быстро вращающихся пульсаров.

"Пульсары на самом деле являются очень слабыми радиоисточниками, поэтому нам потребовались тысячи часов на крупнейших в мире телескопах для проведения этого эксперимента", - сказала Маура Маклафлин, профессор физики и астрономии в Университете Западной Вирджинии и Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav).

Вместо того, чтобы искать отдельные гравитационные волны, которые проходят через Млечный Путь, пять разных команд изучали весь фон низкочастотных гравитационных волн, которые заполняют космос. Медленные колебания расстояний между пульсарами и Землей чрезвычайно малы — порядка одной части на тысячу миллионов миллионов — и астрономам приходится тщательно моделировать все возможные источники шума, включая облака газа и пыли, через которые проходят радиоимпульсы, движение Земли в космосе, а также смещение телескопов из-за движения континентов, на которых они стоят.

15-летняя космическая охота, наконец, выявила первые намеки на сигнал гравитационной волны, вероятно, создаваемый сверхмассивными черными дырами. "Когда я увидел, как появляется рисунок гравитационных волн, у меня запорхали бабочки", - сказал на брифинге для прессы Стивен Тейлор из Университета Вандербильта и председатель коллаборации NANOGrav.

Хотя сигнал еще не совсем соответствует золотому стандарту обнаружения, установленному научным сообществом, астрономы уверены, что их результат дает "убедительные доказательства" гравитационно-волнового фона, вероятно, создаваемого парами гигантских черных дыр.

В центре большинства галактик есть гигантская черная дыра. Масса этих космических монстров варьируется от нескольких сотен тысяч масс Солнца до поразительных десятков миллиардов масс Солнца. Когда галактики сталкиваются, их гигантские черные дыры могут оказаться поблизости друг от друга. Вращаясь друг вокруг друга в медленном, но непрерывном космическом вальсе, они излучают низкочастотные гравитационные волны, которые искали астрономы.

"Теперь у нас, наконец, есть убедительные доказательства того, что многие из этих чрезвычайно массивных и тесных двойных систем действительно существуют. Как только две черные дыры окажутся достаточно близко, чтобы их можно было увидеть с помощью временных массивов пульсаров, ничто не сможет помешать их слиянию всего за несколько миллионов лет ", - говорится в заявлении Люка Келли, помощника адъюнкт-профессора астрономии Калифорнийского университета в Беркли и председателя астрофизической группы NANOGrav.