В сентябре 2015 года были замечены сигнатуры от слияния двух массивных объектов, двух черных дыр. Гравитационные волны этого события докатились до Земли, где и были пойманы детекторами, расположенными в США и Италии. В чем же тут уникальность? В том, что события подобного рода очень важны для понимания Вселенной и происходят они далеко не каждый день.
Из теории относительности мы знаем, что массивные тела могут влиять на форму пространства-времени вокруг себя. Черные дыры — это как раз те самые тела, настолько массивные, что несут в себе точку невозврата, называемую «горизонтом событий». Это невидимая граница, за которой пространство искажается настолько, что ни один предмет, молекула или атом вернуться обратно уже не могут. Всё, что упало внутрь горизонта событий неизбежно падает в сингулярность.
И когда два таких тела встречаются вместе, происходит нечто феноменальное — образуется новая черная дыра еще больших размеров.
Как это происходит?
Обычно история начинается издалека, с двух черных дыр, которые блуждают в пространстве до тех пор, пока не встретятся. В этот момент они начинают взаимодействовать и кружиться друг против друга по довольно тесной орбите. В процессе вращения они теряют энергию в виде гравитационных волн. И чем ближе они находятся, тем сильнее возмущения пространства. Когда орбита объектов сжимается до минимума, количество гравитационных волн вырастает до максимума.
В какой-то момент взаимное притяжение деформирует обои тела, сближая их пока они не сольются и не станут единым целым в виде арахиса. Подобно очень вытянутому мыльному пузырю, этот «арахис» колеблется и вибрирует до тех пор, пока не приобретает сферическую форму. В этот момент новообразованная черная дыра испускает невероятное количество гравитационных импульсов и всевозможных излучений.
Масса полученной черной дыры, как правило, несколько меньше суммы двух изначальных масс объектов. Это связано с тем, что часть энергии тратится во время сближения и вращения, причем большая часть в момент слияния.
Поскольку начальные массы черных дыр могут быть огромными (в миллионы раз больше массы Солнца), даже несколько процентов от этой массы — это очень много энергии. Неудивительно, что слияние черных дыр по праву считается самым мощным событием во Вселенной, мощнее даже взрывов сверхновых.
Наблюдения
Наземные детекторы LIGO способны измерять сигналы, излучаемые сливающейся черной дырой массой в 30 раз больше Солнца. На заключительной фазе инспирации черные дыры разгоняются до скорости в 60% от скорости света, а их гравитационные волны располагаются в диапазоне 100 – 300 Гц.
Чтобы наблюдать слияние сверхмассивных черных дыр, необходимы наблюдения на более низких частотах. На Земле это сделать сложно из-за помех вызванных самой планетой – землетрясения, извержения и так далее. Поэтому в будущем планируется вывести три космических аппарата на расстоянии 2 миллионов километров друг от друга и регистрировать гравитационные волны в диапазоне частот от 0,1 Гц до 30 МГц. Задача амбициозная, но вполне выполнимая.
