Астрофизики создали новую новую модель слияния черных дыр

Новая модель приближает ученых к пониманию видов световых сигналов, которые наблюдаются тогда, когда две сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца, приближаются к столкновению по спирали. Впервые новое компьютерное моделирование, которое полностью включает в себя физические эффекты общей теории относительности Эйнштейна, показывает, что газ в таких системах будет светиться преимущественно в ультрафиолетовом и рентгеновском свете.

На основании данных обсерватории гравитационно-волновой лазерной интерферометрии Национального научного фонда (LIGO), ученые обнаружили, что при слиянии черных дыр масса звезд может колебаться от трех до нескольких десятков солнечных масс. Гравитационные волны — пространственно-временные ряби, движущиеся со скоростью света. Они образуются в тот момент, когда массивные орбитальные объекты, такие как черные дыры и нейтронные звезды, сливаются воедино.

Супермассивные слияния будут намного сложнее найти, чем их родственников звездной массы. Одна из причин, по которой наземные обсерватории не могут обнаружить гравитационные волны от этих событий, состоит в том, что сама Земля слишком «шумная» ввиду сейсмических и атмосферных колебаний. Детекторы должны находиться в космосе и представлять собой такие аппараты, как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), запуск которой планирует ESA (Европейское космическое агентство) в 2030-х годах. Наблюдение за пульсарами может позволить выявить гравитационные волны от слияния подобных «монстров». Подобно маякам, пульсары регулярно испускают синхронизированные лучи света, которые вспыхивают и выходят из поля зрения, когда они вращаются. Гравитационные волны могут вызвать незначительные изменения в сроках этих вспышек, но до сих пор наблюдения не дали никаких результатов.

Однако у супермассивных бинаров, которые только собираются столкнуться, предположительно может быть одна характеристика, которой нет у двойных систем звездной массы — богатая газом среда. Ученые подозревают, что взрыв сверхновой, создающий звездную черную дыру, также сдувает большую часть окружающего газа. Черная дыра поглощает то, что осталось настолько быстро, что во время слияния не остается материала, который мог бы отсвечивать.

С другой стороны, сверхмассивные двоичные системы являются результатом слияний галактик. Каждая сверхмассивная черная дыра сопровождается облаками газа и пыли, звездами и планетами. Ученые считают, что столкновение галактик продвигает большую часть этого материала по направлению к центральным черным дырам, которые потребляют его. По мере приближения к черным дырам магнитные и гравитационные силы нагревают оставшийся газ и астрономы могут его заметить.

Новая симуляция показывает три орбиты пар сверхмассивных черных дыр на расстоянии только 40 орбит от их слияния. Модели подтверждает, что на этой стадии процесса свет может излучаться ультрафиолетовым светом с использованием некоторых высокоэнергетических рентгеновских лучей, аналогичных тому, что наблюдается в любой галактике, обладающей сверхмассивной черной дырой.