Блюз черных дыр и другие мелодии космоса

Второе по важности открытие после первой регистрации гравитационных волн детекторами LIGO случилось 17 августа 2017 года. В этот день интерферометры LIGO и присоединившийся к их работе за несколько недель до этого итало-французский интерферометр Virgo впервые зарегистрировали слияния двойных нейтронных звезд GW170817. Как и предполагали теоретические расчеты, выполненные задолго до этого, слияние нейтронных звезд сопровождалось коротким всплеском гамма-излучения, наблюдавшимся космическими гамма-обсерваториями Fermi и INTEGRAL (источник GRB170817A). Это позволило значительно сузить область поиска местоположения источника на небе и “увидеть” его в относительно близкой галактике NGC 4993 на расстоянии 40 мегапарсек (примерно 130 миллионов световых лет). Локализация источника позволила подключить всю мощь наземных и космических телескопов для наблюдения последующего электромагнитного свечения (так называемой “килоновой”), вызванного нагревом выброшенного при слиянии вещества при распаде тяжелых элементов группы лантаноидов. Таким образом, началась эра “многоканальной астрономии”, когда информацию о космических источниках ученые получают не только в электромагнитном диапазоне, но и посредством гравитационных волн, космических лучей и нейтрино.

В конце марта 2020 года работа детекторов LIGO и Virgo была досрочно остановлена в связи с пандемией коронавируса. Когда будет продолжена их работа с улучшенной чувствительностью, пока точно не известно, но совершенно ясно, что наблюдения новых гравитационно-волновых источников сетью интерферометров LIGO/Virgo и вводимым в строй японским подземным интерферометром KAGRA принесут новые удивительные и неожиданные открытия.

Еще одно важное событие произошло в октябре 2020 года: Нобелевский комитет присудил премию по физике математику Роджеру Пенроузу “за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности”, а также астрономам Райнхарду Генцелю и Андреа Гез “за открытие компактного сверхмассивного объекта в центре нашей Галактики”. Эта достойная награда за многолетние теоретические и астрономические исследования черных дыр подтверждает неугасающий интерес человечества к самым удивительным природным объектам.

В конце этого короткого предисловия приведем (далеко неполный!) список литературы, которая поможет глубже ознакомиться с предметом и достижениями гравитационно-волновой астрономии, многолетняя и порой драматическая история становления которой блестяще и увлекательно описана в книге Ж. Левин. Приятного чтения!

Константин Постнов

Москва, 20января 2021 г.

Рекомендованная литература

А. М. Черепащук. Гравитационные волны и черные дыры. Земля и Вселенная, № 4, с. 3–17 (2016).

А. М. Черепащук. Открытие гравитационных волн: новый этап в исследованиях чёрных дыр. Успехи физических наук, т. 186, с. 1OO1-1O1O (2016).

Д. Райтце. Первые детектирования гравитационных волн, излучаемых при слияниях двойных чёрных дыр. Успехи физических наук, т. 187, с. 884891 (2017).

К. А. Постнов. Гравитационные волны – вестники космических катастроф. Земля и Вселенная, № 3, с. 10–25 (2018).

Многоканальная астрономия (под ред. А. М. Черепащука). Фрязино: Век-2, 528 с. (2019).

Блюз черных дыр и другие мелодии космоса

Уоррену, Гибсону и Стелле

А надо знать, что нет дела,

коего устройство было бы труднее,

ведение опаснее,

а успех сомнительнее,

нежели замена старых порядков новыми [1].

Никколо Макиавелли,

“Государь” (1513)

Глава 1 Когда сталкиваются черные дыры

Представьте, что где-то во Вселенной сталкиваются две черных дыры – массивные, как звезды, но размером лишь с город, абсолютно черные (полностью поглощающие свет) дыры (пустоты). Под действием сил тяготения в последние секунды своей жизни они совершают тысячи оборотов вокруг точки контакта, завихряя пространство-время, пока не сольются в одну большую черную дыру. По масштабу это событие – самое грандиозное с момента образования Вселенной: в результате выделяется энергия, более чем в триллион раз превосходящая энергию миллиарда солнц. Однако при этом не излучается ни единого кванта света[2]. Черные дыры сталкиваются друг с другом в абсолютной темноте. Никто никогда не увидит этого, какой бы телескоп ни изобрели.