Світло зірок, спотворене викривленням простору і часу, може стати інструментом для виявлення прихованих пар чорних дір, що обертаються одна навколо одної. Гравітаційне лінзування здатне допомогти астрономам знаходити подвійні чорні діри задовго до того, як їх стане можливо зафіксувати за допомогою гравітаційних хвиль.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Дві надмасивні чорні діри, що стрімко зближуються на фінальних етапах своєї еволюції, можуть незабаром стати доступними для спостережень. Дослідники з’ясували, що під час взаємного обертання ці масивні темні об’єкти здатні діяти як гравітаційні лінзи для світла зірок, розташованих позаду них.
Майже кожна велика галактика містить у центрі надмасивну чорну діру. Їхня маса може варіюватися від мільйонів мас Сонця, як у випадку чорної діри в нашій галактиці Стрілець A*, до мільярдів сонячних мас. Зазвичай у галактики є лише одна така чорна діра, але коли відбувається злиття двох галактик, їхні центральні чорні діри починають зближуватися. Згодом вони входять у взаємну орбіту і лише через дуже тривалий час зливаються, породжуючи потужний сплеск гравітаційних хвиль.
Наразі астрономам вдалося підтвердити існування лише тих подвійних надмасивних чорних дір, що розташовані на великих відстанях одна від одної, які становлять сотні або тисячі світлових років. У майбутньому Європейське космічне агентство планує створити космічний детектор гравітаційних хвиль LISA, Laser Interferometer Space Antenna, призначений для реєстрації низькочастотних сигналів від подвійних надмасивних чорних дір, що зливаються. Китайські науковці також запропонували подібну місію під назвою TianQin. До останнього часу інших способів виявлення таких систем фактично не існувало, але тепер ситуація може змінитися.
За словами Бенце Кочиша з Оксфордського університету, перспектива знаходити подвійні надмасивні чорні діри на стадії зближення за роки до початку роботи майбутніх космічних детекторів гравітаційних хвиль є надзвичайно важливою. Це відкриває можливість справжніх багатоканальних досліджень чорних дір і дозволить перевіряти теорію гравітації та фізику чорних дір принципово новими способами.
Кочиш входить до групи астрономів з Оксфорда та Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка в Німеччині, які продемонстрували, що гравітаційне лінзування подвійними чорними дірами може вказувати на їхню присутність у далеких галактиках.
Гравітаційне лінзування виникає тоді, коли масивні об’єкти через власну гравітацію викривляють простір і час навколо себе. Світло, що рухається крізь таку викривлену структуру простору часу, змінює траєкторію, через що віддалені об’єкти можуть виглядати яскравішими або навіть розділятися на кілька зображень.
Якщо чорна діра одна, то для виникнення ефекту лінзування необхідно, щоб фонова зірка була майже ідеально вирівняна з нею вздовж лінії спостереження. У випадку подвійної системи умови змінюються. Ймовірність того, що світло зірки буде значно підсилене, для подвійної чорної діри зростає у багато разів порівняно з одиничною, пояснив Кочиш.
Подвійна система поводиться як пара обертових лінз, оскільки чорні діри рухаються навколо спільного центру мас. Унаслідок цього формується область квазиперіодичних подій гравітаційного лінзування у вигляді ромбоподібної структури, яку називають каустичною кривою. Уздовж цієї кривої інтенсивність лінзування значно зростає.
У результаті зірки, що випадково опиняються на одній лінії з каустичною кривою, можуть періодично виглядати як такі, що спалахують. Їхнє світло посилюється з інтервалами у кілька років, які відповідають орбітальному періоду подвійної системи чорних дір. В інший час ці зірки, ймовірно, залишатимуться невидимими через надзвичайно великі відстані до галактик, де розташовані подвійні надмасивні чорні діри.
Читайте також:
- Наднова, якої не сталося: Знайдено інший шлях утворення чорних дір
- Астрономи зазирнули всередину «двигуна» чорної діри M87*