Объект массой меньше Солнца слился с невидимым партнёром — учёные в шоке от странного сигнала из космоса

LIGO зафиксировал слияние объектов легче Солнца — Science

Впервые за историю наблюдений учёные могут быть на пороге открытия загадочных первичных чёрных дыр — реликтов, появившихся сразу после Большого взрыва. Хотя вероятность этого невелика, свежие данные LIGO и Virgo, зафиксировавших слияние необычно лёгких объектов, интригуют физиков по всему миру. Об этом сообщают астрономы из ведущих обсерваторий, передаёт Science.

Что такое первичные чёрные дыры и почему их ищут

Первичные чёрные дыры (ПЧД) — гипотетические объекты, которые могли образоваться в первые мгновения жизни Вселенной. В отличие от обычных чёрных дыр, появляющихся после гибели массивных звёзд, ПЧД возникали в результате коллапса плотных областей материи на фоне бурного расширения космоса после Большого взрыва. Эти экзотические объекты способны иметь самую разную массу — от микроскопических до превышающих массу Солнца, и даже могли бы объяснить загадочную природу тёмной материи.

Ранее все зарегистрированные слияния с помощью LIGO и Virgo происходили между объектами массой больше массы Солнца — это классические чёрные дыры или нейтронные звёзды. Но новая аномалия — событие, где хотя бы один объект имеет массу меньше солнечной, не укладывается в рамки известных астрофизических процессов.

"Если это окажется правдой, то это нечто грандиозное", — говорит Джуна Крун, специалист по теории астрочастиц из Даремского университета.

Как работают LIGO и Virgo, и что они зафиксировали

Гравитационно-волновые обсерватории LIGO (США) и Virgo (Италия) регистрируют крошечные возмущения пространства-времени, которые появляются при слиянии массивных космических объектов. Когда, например, две чёрные дыры вращаются и сближаются, в космосе возникает рябь — гравитационные волны, которые могут зафиксировать только сверхчувствительные интерферометры.

С 2015 года LIGO и Virgo зафиксировали более 300 событий, 99% из которых — слияния чёрных дыр, а некоторые — нейтронных звёзд. Для обычных звёздных остатков минимальная масса — чуть больше массы Солнца. Но 12 ноября 2024 года детекторы зарегистрировали сигнал, указывающий на слияние объектов, один из которых легче Солнца — слишком лёгкий для классических чёрных дыр или нейтронных звёзд.

"Если это слияние подтвердится, оно может стать неопровержимым доказательством существования популяции первичных чёрных дыр", — пишет Кристофер Берри, астроном и участник LIGO.

Однако учёные подчеркивают: вероятность ложного срабатывания для такого сигнала сравнительно высока, и нужна дополнительная проверка.

Возможные альтернативы: нейтронные звёзды или что-то совсем новое?

Хотя главный кандидат — первичная чёрная дыра, есть и другие, менее вероятные объяснения. Например, необычно лёгкие нейтронные звёзды. Стандартные нейтронные звёзды имеют массу от 1,1 до 2,2 солнечных, а более лёгкие теоретически могли бы возникнуть в редких, сложных сценариях коллапса звёзд, но такие случаи не подтверждены наблюдениями.

Обычные белые карлики здесь не подходят — их слияние происходит слишком медленно, чтобы LIGO и Virgo могли уловить характерный сигнал. Поэтому по спектру и длительности волн, а также по отсутствию светового взрыва в огромной области неба, речь может идти либо о редких нейтронных звёздах, либо о загадочных ПЧД.

"Ни один другой известный объект не мог бы произвести такой сигнал", — подчёркивает Эмануэле Берти, астрофизик-теоретик.

Как ученые отличают чёрные дыры от нейтронных звёзд по гравитационным волнам

Гравитационные волны, возникающие при слиянии, имеют свой "звук": тяжёлые чёрные дыры дают короткий и мощный "хлопок", а менее массивные объекты вызывают длительный "гул". Если речь идёт о нейтронных звёздах, их форма изменяется при взаимодействии, что слегка меняет волну из-за приливных эффектов. Для подтверждения нужна серия подобных сигналов и сравнение их профиля с теорией.

"Когда вы видите первый кандидатский объект, вы всегда относитесь к нему с большим скептицизмом. Но когда вы начинаете видеть целые семейства объектов, вы становитесь гораздо увереннее", — говорит Берти.

Почему открытие так важно — и что будет дальше

Обнаружение первичной чёрной дыры станет прорывом для космологии: это докажет, что чёрные дыры могут рождаться не только в звёздных катастрофах, но и напрямую из материи ранней Вселенной. Это также поможет объяснить часть загадочной тёмной материи. Однако в этом случае сигналы должны повторяться, а их анализ — подтверждать уникальные свойства.

Скептицизм учёных вполне оправдан: уровень ложных срабатываний для такого события слишком высок. Надёжное подтверждение требует не одного, а серии подобных наблюдений и согласованных результатов.

Плюсы и минусы гипотезы о первичных чёрных дырах

Плюсы:

Объясняет возможное происхождение части тёмной материи.
Расширяет понимание процессов в ранней Вселенной.
Подтверждает существование новых типов космических объектов.

Минусы:

Сигнал может быть шумом, а не реальным событием.
Пока нет надёжных повторяющихся данных.
Другие экзотические сценарии (например, необычные нейтронные звёзды) не исключены.

Советы для тех, кто следит за новостями науки

Всегда обращайте внимание на частоту ложных срабатываний и комментарии независимых учёных.
Ожидайте подтверждений от других обсерваторий и новых событий.
Следите за публикациями научных статей по теме — анализ может длиться месяцы и годы.
Скептицизм в науке — залог прогресса: без подтверждений даже самые яркие новости пока лишь гипотезы.