LIGO-Virgo-KAGRA Удвоили Каталог Гравитационных Волн: Новые Тайны Вселенной

Международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) сообщила о небывалом расширении каталога гравитационно-волновых событий, удвоив количество зафиксированных слияний чёрных дыр и нейтронных звёзд в результате публикации 128 новых наблюдений. Этот прорыв, случившийся всего за девять месяцев четвёртого цикла наблюдений (май 2023 - январь 2024), не только подтверждает общую теорию относительности Эйнштейна с беспрецедентной точностью, но и открывает новые горизонты в понимании процессов звездообразования и динамики ранней Вселенной.

Каталог GWTC-4.0: Расширение наблюдений и новые горизонты

С момента первой прямой регистрации гравитационных волн в 2015 году обсерватории LIGO-Virgo совершили революцию в астрономии, давая возможность «слушать» Вселенную. На данный момент, к 90 ранее опубликованным сигналам добавлено 128 новых, что более чем удваивает общее количество известных гравитационно-волновых событий. Этот значительный прирост объясняется модернизацией детекторов, увеличившей их чувствительность на 25 %, что дало возможность обнаруживать более удалённые и массивные слияния чёрных дыр.

Новый каталог, названный GWTC-4.0 и опубликованный на сервере arXiv, включает:

• GW230814: Наиболее мощный зарегистрированный гравитационно-волновой сигнал на данный момент, указывающий на слияние чёрных дыр, образовавшихся в результате предыдущих слияний.
• GW230518: Два столкновения чёрной дыры с нейтронной звездой, которые предоставляют новые данные для изучения экстремальных астрофизических объектов.

По словам доктора Дэниела Уильямса из Университета Глазго, «Этот новый выпуск демонстрирует возможности как международной сети гравитационно-волновых детекторов, так и методов анализа, разработанных для извлечения очень слабых сигналов из данных».

Фундаментальные выводы и проверка теории относительности

Расширенный набор данных LVK дал учёным возможность провести новые проверки фундаментальных физических теорий:

1. Общая теория относительности: Многочисленные наблюдения снова подтвердили предсказания Эйнштейна без каких-либо отклонений. Тесса Бейкер из Университета Портсмута подчёркивает: «Мы также смогли показать, что гравитация в больших масштабах Вселенной ведёт себя в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна. Это означает, что стандартная модель космологии продолжает оставаться нашим лучшим пониманием Вселенной».
2. Теорема о площади чёрных дыр Стивена Хокинга: Анализ события GW250114, произошедшего 14 января 2025 года, представил самое убедительное наблюдательное подтверждение теоремы Хокинга 1971 года. Эта теорема утверждает, что общая площадь поверхности чёрных дыр никогда не уменьшается. В данном случае площадь возросла с 240 000 км² до 400 000 км², подтверждая предсказание с уровнем достоверности 99.999 %, что значительно выше 95 % для первой регистрации GW150914.

Интригующие выводы о происхождении слияний

Исследование события GW200208 222617, проведённое астрофизиками из Кардиффского университета (Великобритания) и опубликованное в Physical Review D, освещает условия, необходимые для возникновения слияний чёрных дыр с некруговыми (вытянутыми) орбитами.

• Вытянутые орбиты: Анализ выявил, что орбиты двух чёрных дыр до слияния были вытянутыми, а не идеально круговыми. Это весьма необычно для длительно взаимодействующих массивных объектов, чьи орбиты со временем стремятся к круговым.
• Влияние третьих тел: Наиболее вероятным объяснением вытянутых орбит является гравитационное возмущение со стороны третьего массивного объекта или группы тел. Это свидетельствует о том, что слияние произошло в плотном скоплении, где такие взаимодействия более вероятны.
• Шаровые скопления: Авторы работы исключили активные ядра галактик в качестве основного места действия, выделив в качестве наиболее вероятного сценария плотные шаровые скопления. Это значимое открытие может улучшить наше понимание формирования чёрных дыр и их динамики в экстремальных средах.

Эти данные также возвращают к обсуждению роли плотных скоплений чёрных дыр как потенциального кандидата на тёмную материю, хотя для окончательных выводов требуется больше исследований.

Космические расстояния и постоянная Хаббла

Каждое новое гравитационно-волновое событие поставляет ценные данные для измерения постоянной Хаббла - скорости расширения Вселенной. Хотя текущие измерения пока не обладают достаточной точностью для разрешения «напряжения Хаббла» (расхождений между значениями, полученными из различных электромагнитных наблюдений), прогресс налицо. Доктор Роза Поджиани в своей статье «Estimating Hubble Constant with Gravitational Observations: A Concise Review» (arXiv:2506.15410) отмечает, что гравитационные волны, как «тёмные сирены», предлагают независимый от стандартной «космической лестницы расстояний» метод оценки этого ключевого космологического параметра. На сегодняшний день точность этих измерений приближается к уровню, необходимому для разрешения текущих космологических парадоксов.

Будущее гравитационно-волновой астрономии

Совместные усилия LIGO, Virgo и KAGRA, а также предстоящие проекты, такие как LIGO India, Cosmic Explorer (с 40-километровыми плечами) и Европейский телескоп Эйнштейна (с плечами более 10 километров), обещают ещё более глубокое проникновение в тайны космоса. Улучшенная чувствительность и расширение сети детекторов не только повышают частоту открытий, но и позволяют получать более детализированные данные о свойствах чёрных дыр.

Многоканальная астрономия, объединяющая гравитационно-волновые и электромагнитные наблюдения (например, с помощью обсерватории Веры Рубин), представляет собой следующий шаг к раскрытию ещё более глубоких тайн природы звёзд, чёрных дыр и эволюции космоса. По словам представительницы LIGO, профессора Нитты Мавалвала, «LIGO является технологическим чудом» и продолжает расширять границы возможного в изучении Вселенной.