За последние семь лет ученые из коллаборации LIGO-Virgo (LVC) обнаружили 90 сигналов гравитационных волн. Гравитационные волны - это возмущения в ткани пространства-времени, которые распространяются наружу от катаклизмических событий, таких как слияние бинарных черных дыр (Binary black holes - BBH). В ходе наблюдений в первой половине последнего экспериментального цикла, который продолжался в течение шести месяцев в 2019 году, коллаборация зарегистрировала сигналы от 44 событий BBH.
Однако в данных скрывались новые выбросы. Расширяя поиск, международная группа астрофизиков повторно изучила данные и обнаружила 10 дополнительных слияний черных дыр, все за пределами порога обнаружения первоначального анализа LVC. Новые слияния намекают на экзотические астрофизические сценарии, которые пока можно изучить только с помощью гравитационно-волновой астрономии.
"С помощью гравитационных волн мы начинаем наблюдать широкий спектр черных дыр, слившихся за последние несколько миллиардов лет, - говорит физик Сет Олсен, аспирант Принстонского университета, возглавивший новый анализ. По его словам, каждое наблюдение вносит вклад в наше понимание того, как формируются и эволюционируют черные дыры, и ключ к их распознаванию - это поиск эффективных способов отделения сигналов от шума".
Олсен расскажет о том, как его группа обнаружила слияния, 11 апреля во время сессии на апрельском собрании APS 2022. Он также ответит на вопросы представителей СМИ во время онлайн пресс-конференции 10 апреля в 10 часов утра по EDT.
Примечательно, что наблюдения включали явления от черных дыр как высокой, так и низкой массы, заполняя предсказанные пробелы в спектре масс черных дыр, где было обнаружено мало источников. Большинство моделей ядерной физики предполагают, что звезды не могут коллапсировать в черные дыры с массой, примерно в 50-150 раз превышающей массу Солнца. "Когда мы находим черную дыру в этом диапазоне масс, это говорит нам о том, что есть еще кое-что о том, как сформировалась система", - говорит Ольсен, - "поскольку существует большая вероятность того, что черная дыра в верхнем диапазоне масс является продуктом предыдущего слияния".
Модели ядерной физики также предполагают, что звезды с массой менее чем в два раза больше солнечной становятся нейтронными звездами, а не черными дырами, но почти все наблюдаемые черные дыры имеют массу более чем в пять раз больше солнечной. Наблюдения за маломассивными слияниями могут помочь преодолеть разрыв между нейтронными звездами и самыми легкими из известных черных дыр. По словам Ольсена, для верхнего и нижнего интервалов масс уже было обнаружено небольшое количество черных дыр, но новые результаты показывают, что эти типы систем встречаются чаще, чем мы думали.
Новые результаты также включают систему, которую ученые никогда не видели раньше: Тяжелая черная дыра, вращающаяся в одном направлении, поглощает гораздо меньшую черную дыру, которая вращалась вокруг нее в противоположном направлении. "Вращение более тяжелой черной дыры не совсем противонаправлено орбите, - говорит Ольсен, - а скорее наклонено где-то между боком и вверх ногами, что говорит нам о том, что эта система может происходить из интересной субпопуляции слияний BBH, где углы между орбитами BBH и вращениями черных дыр случайны".
Идентификация таких событий, как слияние черных дыр, требует стратегии, позволяющей отличать значимые сигналы от фонового шума в данных наблюдений. Это не похоже на приложения для смартфонов, которые могут анализировать музыку - даже если она играет в шумном общественном месте - и определять, какая песня звучит. Подобно тому, как такое приложение сравнивает музыку с базой данных шаблонов или частотных сигналов известных песен, программа для поиска гравитационных волн сравнивает данные наблюдений с каталогом известных событий, например, слияний черных дыр.
Чтобы найти 10 дополнительных событий, Ольсен и его коллеги проанализировали данные LVC с помощью "конвейера IAS" - метода, впервые разработанного в Институте перспективных исследований и возглавляемого астрофизиком из Принстона Матиасом Залдарриагой. Конвейер IAS двумя важными способами отличается от конвейеров, используемых LVC. Во-первых, в нем используются передовые методы анализа данных и численные методы для улучшения обработки сигналов и эффективности вычислений, используемых LVC. Во-вторых, он использует статистическую методологию, которая жертвует некоторой чувствительностью к источникам, которые, скорее всего, найдут подходы LVC, чтобы получить чувствительность к источникам, которые, скорее всего, пропустят подходы LVC, например, быстро вращающиеся черные дыры.
Ранее Залдарриага и его команда использовали программу IAS для анализа данных более ранних запусков LVC и аналогичным образом выявили слияния черных дыр, которые были пропущены при анализе первого запуска. По словам Олсена, невозможно смоделировать всю Вселенную с помощью вычислительных средств или даже ошеломляюще широкий спектр способов образования черных дыр. Но такие инструменты, как конвейер IAS, по его словам, "могут заложить основу для еще более точных моделей в будущем".
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220409154137
