Учёные впервые зафиксировали скорость рождения черной дыры, уносящейся в космос с невероятной силой

Впервые в истории астрономии учёным удалось измерить скорость, с которой молодая черная дыра убегает из своей родительской звёздной системы. Этот прорыв позволяет не только понять механизмы формирования таких объектов, но и пролить свет на процессы, приводящие к созданию сверхмассивных черных дыр, заполняющих центры галактик.

Что такое «крик рождения» черной дыры и зачем он важен

Когда два массивных объекта — например, чёрные дыры — сталкиваются и сливаются, в пространственно-временной ткани возникают гравитационные волны — рябь, которая распространяется со скоростью света. Эти волны, предсказанные ещё Альбертом Эйнштейном, впервые были обнаружены в 2015 году, что стало революционным событием для астрофизики. Спустя четыре года, в 2019-м, учёные зарегистрировали первый сигнал, вызванный слиянием очень разных по массе черных дыр, что вызвало реакцию новорожденной черной дыры и её «отскок» или «крик рождения».

Этот «крик» — это не просто метафора. Он отражает реальную кинематическую энергию, которая возникает при сильнейших гравитационных взаимодействиях во Вселенной. В результате столкновения формируется одна более крупная черная дыра, а другая может быть выброшена на гиперзвуковых скоростях, уходя далеко за пределы исходной системы. Именно это и называется «натарльным толчком» или «kick» — с английского «удар», «толчок».

Как учёные измеряют этот «крик» и определяют скорость черной дыры

Измерение скорости новорожденной черной дыры — задача не из простых. Гравитационные волны от слияния связаны с изменениями искривления пространства, которые фиксируют детекторы LIGO и Virgo. Эти колебания служат «отпечатками пальцев» событий, по которым можно определить массу, спин и угол столкновения двух объектов. Однако оценить скорость выброса черной дыры — дело сложное, так как необходимы данные о направлении «отскока» и модели, связывающей параметры столкновения и импульс.

Для этого учёные используют методы многомерного моделирования и симуляции, сочетающие физические законы и наблюдательные данные. В случае с сигналом GW190412, обнаруженным 12 апреля 2019 года, специалисты смогли определить, что одна из черных дыр — примерно в 30 раз массивнее солнца, а вторая — в 8 раз тяжелее солнца. В результате анализа удалось выяснить, что новообразовавшаяся черная дыра получила кинетическую энергию, позволяющую ей разогнаться до скорости более 50 километров в секунду — около 180 тысяч километров в час.

Почему это важно для понимания космоса и формирования сверхмассивных черных дыр

Механизм так называемых «криков рождения» черных дыр критически важен для модели формирования сверхмассивных черных дыр — гигантов, заполняющих центры галактик. Если новорожденный черной дыра получает сильный импульс и улетает, она не сможет участвовать в дальнейшем слиянии с другими черными дырами, что замедлит рост её массы.

Это особенно важно для понимания, как в ранней Вселенной формировались гигантские монстры с массой в сотни миллиардов солнечных. Учёные предполагают, что сильные «натарльные толчки», вызванные асимметричными соударениями, могли отрицательно влиять на сбор массы, мешая формированию сверхмассивных черных дыр. Поэтому точное измерение скорости сбегающей черной дыры помогает построить более точные модели развития космических структур.

Инновационные методы и достижения современности

До недавних событий учёные могли лишь строить гипотезы о скорости и направлении движения новорожденных черных дыр, опираясь на теоретические модели и симуляции. Однако, благодаря развитию детекторов гравитационных волн и новых аналитических методов, в 2018 году команда под руководством Хуанны Калдерон Бустильо разработала методики определения скорости «натарльного толчка» прямо из сигнала GW.

Самое значимое событие произошло 12 апреля 2019 года, когда детекторы Advanced LIGO в Луизиане и Вашингтоне, а также детектор Virgo в Италии зафиксировали сигнал GW190412. Он возник в результате столкновения двух черных дыр, масс которых составляли в 29,7 и 8,4 раза массу солнца соответственно. Анализ этих данных позволил сказать, что новообразованная черная дыра «улетела» со скоростью 50 километров в секунду, что примерно в полтора раза превышает скорость обычных самолетов на Земле.

Глобальные перспективы и дальнейшие исследования

Команда учёных продолжает работу по анализу подобных сигналов для повышения точности измерений и расширения базы данных. В будущем планируется использовать совместное наблюдение гравитационных волн и электромагнитных излучений, чтобы получать более полные картины о механизмах слияния черных дыр и их «криках рождения». Более того, исследование таких событий может помочь понять, как именно формируются первые сверхмассивные черные дыры, что до сих пор остаётся одной из самых загадочных задач космологии.

«Это один из немногих случаев в астрофизике, когда мы не просто регистрируем происходящее событие, а восстанавливаем его полное трехмерное движение, находясь за миллиарды световых лет и используя лишь волны в пространственно-временной ткани», — отмечает учёный Кустав Чандра.

После этого открытия перед учёными стоит задача поиска новых событий, чтобы улучшить модели и понять, каким образом космические монстры растут и эволюционируют. Важным направлением станет также изучение взаимодействия черных дыр с их окружением, что может пролить свет на их роль в формировании структур Вселенной.

Заключение

Измерение скорости «крика рождения» черной дыры стало важным шагом в астрономической науке. Оно помогает лучше понять не только механизмы слияния и образования новых черных дыр, но и процессы, лежащие в основе формирования сверхмассивных объектов, наполняющих центр галактик. Благодаря этому прогрессу, мы обретаем возможность не только наблюдать космос, но и реконструировать детали событий, произошедших миллиарды лет назад, словно собирая уникальный пазл из рябей в ткани времени.