Рекордный «звон» черной дыры и 161 новый сигнал: астрофизики выпустили каталог года

Астрофизики из Университета Глазго сообщили о публикации нового масштабного каталога гравитационно-волновых событий — Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5). Он размещен в открытом доступе, а научные статьи по его материалам опубликованы в журналах Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters.

В каталог вошли данные о 161 ранее не описанном сигнале от слияний черных дыр, зарегистрированных детекторами LIGO (США), Virgo (Италия) и KAGRA (Япония) в период с апреля 2024 года по конец января 2025 года. После этого обновления общее число зафиксированных гравитационных волн достигло 390. Сейчас детекторы регистрируют в среднем три-четыре сигнала в неделю, а каталог обновляют примерно раз в полгода.

Среди главных результатов выделяются признаки существования черных дыр второго поколения, самая точная за всю историю локализация источника гравитационных волн на небе и первое измерение трех колебательных мод черной дыры.

Рекордный сигнал и теорема Хокинга

Отдельного внимания удостоилось событие GW250114, зафиксированное 14 января 2025 года. Оно возникло после слияния двух черных дыр массами 32 и 34 массы Солнца на расстоянии более миллиарда световых лет. Соотношение сигнала к шуму для него составило 76,9 — это самый четкий гравитационно-волновой сигнал за всю историю наблюдений.

Именно эта исключительная четкость позволила провести самое точное на сегодня испытание общей теории относительности и подтвердить теорему Стивена Хокинга о площади горизонта событий черной дыры. Как пояснил доктор Джон Вейтч из Университета Глазго, по этому сигналу удалось сравнить искривленное пространство-время до и после слияния и установить, что суммарная площадь горизонтов событий увеличилась так, как предписывают законы механики черных дыр. Он отметил, что итоговая черная дыра после слияния «звенит», излучая гравитационные волны, а анализ показал, что полная энтропия черных дыр возрастает, как того требует второй закон термодинамики.

Рекордная точность локализации

Еще одно примечательное событие — GW240615, зарегистрированное 15 июня 2024 года. Для него удалось добиться рекордной точности определения положения на небе: область поиска составила всего шесть квадратных градусов, что для подобных наблюдений считается очень небольшим участком небесной сферы. Сам сигнал возник при слиянии двух черных дыр массами примерно 26 и 30 масс Солнца на расстоянии более трех миллиардов световых лет от Земли.

Черные дыры второго поколения

Два события — GW241011 и GW241110, зафиксированные в октябре и ноябре 2024 года с интервалом около месяца, — указали на существование черных дыр второго поколения. Их особенности, прежде всего высокая скорость вращения и заметное неравенство масс, говорят о том, что эти объекты могли сами появиться после предыдущих слияний. Предполагается, что такие черные дыры формируются в очень плотных областях космоса, например в звездных скоплениях, где столкновения происходят чаще.

Исследователи установили, что черные дыры из разных диапазонов масс отличаются и по параметрам вращения, а это указывает на существование нескольких путей их образования. Новые данные сделали эту картину более уверенной.

Как отметил научный сотрудник Института гравитационных исследований Дэниел Уильямс, еще десять лет назад было сделано первое обнаружение гравитационных волн, а сегодня ученые регистрируют и анализируют уже сотни сигналов — результат работы большого числа исследователей по всему миру. Впереди ожидаются новые циклы наблюдений и дальнейшее повышение чувствительности детекторов.