Детекторы лазерной-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в третий раз зарегистрировали колебание пространства-времени, подтвердив, что новый канал получения астрофизической информации вступил в действие. Как и в первых двух случаях, волны были порождены столкнувшимися чёрными дырами, в результате слияния которых образовалась новая чёрная дыра с массой, составляющей около 49 солнечных масс.

Напомним, что в предыдущих двух зарегистрированных событиях массы образовавшихся чёрных дыр составили 61 и 21 масс Солнца соответственно, которые расположены на расстоянии 1,3 и 1,4 миллиарда световых лет от Земли. В случае третьего события источник находился на расстоянии около трёх миллиардов световых лет. Энергия, выделяющаяся при слиянии этих объектов, превышает световую энергию, излучаемую за это же время всеми звёздами и галактиками во Вселенной.

"Интересно то, где находились чёрные дыры во время столкновения, а это было миллиарды лет назад. Если в первых зарегистрированных событиях они находились на расстояниях 1,3 – 1,4 миллиардов световых лет, то в третьем событии – около трёх, примерно в два раза дальше", — говорит профессор физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Валерий Митрофанов.

Два детектора в США, продолжает профессор, зафиксировали сигналы, между которыми есть небольшой временной сдвиг, около трёх миллисекунд, который даёт информацию о направлении, откуда пришел этот сигнал. "В целом, природа всех трёх событий одинаковая: слияние двух чёрных дыр", — добавляет он.

По словам соавтора исследования Сергея Вятчанина, заведующего кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, масса чёрной дыры определяется по форме гравитационного сигнала.

"По частоте вращения возможно оценить расстояние между ними, а значит, и размеры. Учёные хотят выжать из этих трёх сигналов от гравитационных волн максимум возможного. В том числе посмотреть, как соотносятся эти сигналы, нет ли нарушений общей теории относительности по этим событиям", — отмечает он.

В результате анализа сигналов было обнаружено, что с большой вероятностью у вновь обнаруженной пары чёрных дыр направления собственного вращения (спины) не совпадают, то есть они вращаются в разных направлениях. Это значит, что эти объекты, по-видимому, сформировались в плотном звёздном скоплении отдельно друг от друга, а уже затем образовали двойную систему.

"Есть альтернативная гипотеза, говорящая о том, что две чёрные дыры образовались из двойной системы звёзд. Но в этом случае более вероятно, что направления собственного вращения были бы одинаковые", — объясняет Митрофанов.

Один из важных вопросов, относящихся к распространению гравитационных волн: проявляют ли они дисперсию, то есть зависит ли их скорость распространения волн от их частоты. Частоты гравитационных волн, зарегистрированных в третьем событии, лежат в диапазоне примерно от 30 до 350 Гц.

Учёные сообщают, что гравитационные волны с разными частотами в исследуемом диапазоне распространяются от своего источника до Земли с одной и той же скоростью, скоростью света, и дисперсия отсутствует. Даже небольшого нарушения между разными частотными компонентами исследователи не видят. Таким образом, ничто не ставит под сомнение общую теорию относительности.

Специалисты ждут новых событий — регистраций гравитационных волн не только от слияния чёрных дыр, но и нейтронных звёзд, а также от других источников, на которые нацелены детекторы LIGO.

"Детекторы LIGO смотрят на всё небо, охватывают практически всю сферу одновременно. Слияния нейтронных звёзд зарегистрировано ещё не было, потому что считается, что нейтронные звезды поменьше", — говорит Вятчанин.

По мере увеличения чувствительности детекторов, такие события будут происходить чаще. Учёные МГУ участвуют в исследованиях, направленных на увеличение чувствительности гравитационных антенн. "В настоящее время основные усилия научной группы из МГУ направлены на разработку криогенных гравитационно-волновых детекторов нового поколения, на использование новых методов квантовых измерений, которые позволят значительно улучшить их чувствительность", — говорит Митрофанов.

Напомним, что 11 февраля 2016 года было объявлено о том, что коллаборация LIGO впервые наблюдала гравитационные волны, дошедшие до Земли от катастрофы, произошедшей далеко во Вселенной. Это открытие, сделанное 14 сентября 2015 года, подтверждает важное предсказание Общей теории относительности Альберта Эйнштейна 1916 года и открывает беспрецедентно новое видение космоса. Спустя несколько месяцев сенсация повторилась – LIGO во второй раз зафиксировал гравитационные волны.

По мнению российский физиков, благодаря этим событиям можно говорить о рождении гравитационно-волновой астрономии. Кроме того, гравитационные волны могут стать ключом к разгадке главных космологических тайн.

Результаты описаны в новой статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters