Учёные впервые измерили скорость отдачи, возникшую при столкновении двух чёрных дыр катастрофической силы.
Гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, существование которой предсказал Альберт Эйнштейн, — были впервые зафиксированы в 2015 году. Новый прорыв произошёл в 2019-м, когда исследователи обнаружили сигнал от слияния чёрных дыр, значительно различающихся по массе. Из-за этой разницы новорождённая чёрная дыра получила мощный импульс, отбросивший её в космос — явление, известное как «натальный пинок».
Теперь, проанализировав сигнал GW190412, астрономы установили, что скорость отдачи составила более 50 км/с — этого достаточно, чтобы чёрная дыра покинула родное звёздное скопление. Результаты исследования опубликованы 9 сентября в журнале Nature Astronomy.
«Это потрясающий пример возможностей гравитационно-волновой астрономии», — заявил соавтор работы Коустав Чандра из Университета Пенсильвании в официальном заявлении.
Сигналы космической катастрофы
При сближении чёрных дыр возникают гравитационные волны. Если одна из дыр намного массивнее другой, форма волн искажается в зависимости от угла наблюдения. Измеряя эти искажения, учёные определили направление «пинка», а соотношение масс и вращение исходных объектов помогли вычислить скорость. Эта информация зашифрована в самих гравитационных волнах.
Если отдача достаточно сильна, чёрная дыра вылетает из звёздного скопления, что прерывает цепочку последующих слияний. Это ключевой фактор в разгадке тайны сверхмассивных чёрных дыр, чья масса достигает миллионов солнечных.
В 2018 году команда астрофизиков, включая соавтора Хуана Кальдерона Бустильо, разработала метод измерения натального пинка на основе симуляций. Но практическое подтверждение пришло лишь с обнаружением GW190412: сигнала от слияния чёрных дыр массой 29,7 и 8,4 солнечных, зафиксированного детекторами LIGO и Virgo.
Несмотря на расстояние в 2,4 млрд световых лет, учёные смогли восстановить трёхмерную траекторию объекта. Новая чёрная дыра мчалась сквозь космос со скоростью 179 600 км/ч — этого хватило бы, чтобы навсегда покинуть плотное шаровое скопление.
«Это уникальный случай, когда мы не просто регистрируем событие, а воссоздаём движение объекта в трёх измерениях, используя лишь колебания пространства-времени», — подчеркнул Чандра.
Следующий шаг — поиск аналогичных событий, наблюдаемых не только через гравитационные волны, но и в электромагнитном спектре. Это позволит точнее изучить механизмы роста чёрных дыр и проверить, как их «побеги» влияют на эволюцию галактик. Например, убегающие чёрные дыры могут становиться «тёмными странниками», невидимо блуждающими в межгалактической пустоте. Кроме того, подобные замеры помогут уточнить расчёты по общей теории относительности и раскрыть природу тёмной материи, которая, возможно, играет роль в формировании экстремальных двойных систем.
С запуском новых обсерваторий, таких как космический телескоп LISA и усовершенствованные детекторы третьего поколения, учёные надеются обнаружить сотни подобных событий, составить «карту пинков» и понять, насколько часто чёрные дыры оказываются изгнанниками в космических глубинах.
