Рябь в ткани пространства-времени показывает, возможно, первое в своем роде космическое столкновение.

Около 900 миллионов лет назад черная дыра выпустила ужасную отрыжку, эхом пронесшуюся сквозь космос. 14 августа полученная в результате рябь в ткани пространства-времени прошла через Землю, что дало нам лучшее свидетельство еще не виданного ранее космического столкновения, которое могло бы предложить новое понимание того, как устроена вселенная.

Обнаруженное явление, названное S190814bv, было, вероятно, вызвано слиянием черной дыры и нейтронной звезды,— сверхплотных остатков взорвавшейся звезды. Хотя астрономы давно ожидали, что такие бинарные системы существуют, их никогда не видели телескопы, сканирующие небеса на разные длины волн света.

Однако астрономы также ожидают, что такие системы будут создавать рябь, известную как гравитационные волны, если и когда сливаются черная дыра и нейтронная звезда. Эти колебания пространства-времени были предсказаны более века назад общей теорией относительности Эйнштейна, которая предполагала, что столкновение двух чрезвычайно массивных тел вызовет сморщивание самой ткани вселенной.

Гравитационные волны были обнаружены впервые в 2015 году, когда обсерватория LIGO (LIGO Observatory) уловила сигнал о том, что две черные дыры становятся одной. С тех пор LIGO и ее европейский аналог, обсерватория Virgo (Virgo Observatory), обнаружили дополнительные слияния чёрных дыр, а также столкновение двух нейтронных звезд. И LIGO, и Virgo обнаружили S190814bv, и если это на самом деле слияние нейтронной звезды и черной дыры, это будет третий вид столкновения, вызванный гравитационными волнами.

Хотя детекторы также обнаружили признаки слияния нейтронной звезды и черной дыры 26 апреля исследователи говорят, что S190814bv гораздо более убедительнее. Апрельское событие имеет один шанс из семи чтобы быть шумом от Земли и ожидается, что ложные тревоги похожие на апрельский сигнал будут появляться каждые 20 месяцев. Но S190814bv почти наверняка пришло из-за пределов нашей планеты, и, чтобы увидеть ложную тревогу напоминающую S190814bv команда LIGO считает, что вам придется ждать дольше, чем возраст вселенной.

«Это что-то, что вызывает гораздо большее волнение»,— говорит член команды LIGO Кристофер Берри (Christopher Berry), физик из университета Нортуэстерн (Northwestern University). «Скорее всего, оно окажется реальным, а значит, стоит потратить больше времени и усилий».

LIGO и Virgo также отследили происхождение S190814bv до овального участка неба, примерно в 11 раз шире полной луны, что позволило телескопам следить за необычными вспышками света. Инструменты по всему миру и на орбите приостановили свои регулярные наблюдения, чтобы присоединиться к охоте, публикуя свои ранние результаты в режиме реального времени.

«Это очень увлекательно»,— говорит Аарон Тохувавоху (Aaron Tohuvavohu), научный сотрудник обсерватории телескопа «Свифт» (Neil Gehrels Swift Observatory) NASA, который искал вспышки рентгеновского и ультрафиолетового света в том же самом месте неба, что и сигнал гравитационной волны. «Я не спал всю ночь, и я очень рад это сделать».

Если бы «Свифт» и другие телескопы увидели послесвечение от столкновения, которое почувствовали LIGO и Virgo, это было бы большим событием для астрономии, поскольку свет позволил бы ученым впервые увидеть внутренности нейтронной звезды и, возможно, взглянуть на относительность по-новому.

«Это было бы фантастически и мечтательно для теоретика»,— говорит член команды LIGO Вики Калогера (Vicky Kalogera), физик из Northwestern University.

Тем не менее, телескопы не увидят ничего. Современная теория предсказывает, что столкновения нейтронных звезд и черных дыр не всегда будут излучать свет в зависимости от того, на сколько сравнимы массы двух объектов.

Чем ближе массы черной дыры и нейтронной звезды, тем больше времени требуется для входа звезды в черную дыру. Это позволяет паре вращаться вокруг друг друга более близко, что дает черной дыре больше возможностей гравитационного измельчения нейтронной звезды. Прежде чем этот светящийся конфетти упадет в черную дыру, он может испускать свет, который могут воспринять телескопы.

Но если черная дыра намного массивнее нейтронной звезды, она может поглотить звезду целиком с почти полным отсутствием испуская света. Калогера говорит, что ученые все еще прочесывают данные по S190814bv, чтобы установить ограничения на массу черной дыры, что должно прояснить ситуацию для этого события.

Другая, более странная возможность состоит в том, что меньший объект в S190814bv вовсе не является нейтронной звездой.

LIGO и Virgo классифицируют слияния, которые они видят, по оценочной массе объектов в каждом столкновении. Все, что в три раза меньше массы нашего Солнца, считается нейтронной звездой. Все, что в пять раз превышает массу нашего Солнца, считается черной дырой. В этом случае меньший объект в S190814bv оценивается как менее трех солнечных масс.

Хотя теоретически могут существовать менее массивные черные дыры рентгеновские измерения космоса еще не обнаружили их признаков. Аналогично наши лучшие теории для нейтронных звезд говорят, что если они получат намного больше, чем две солнечные массы — они превратятся в черные дыры. Что, если этот разрыв между тремя и пятью солнечными массами просто отражает разрыв в наших наблюдениях, а меньший объект в S190814bv — крохотная черная дыра?

«На самом деле есть две загадки, о которых нам может рассказать это событие»,— говорит Берри. «Какова максимальная масса нейтронной звезды и какова минимальная масса черной дыры?»

Тонкие особенности гравитационных волн могут позволить ученым выяснить идентичность меньшего объекта S190814bv. И если последующие измерения обнаружат послесвечение, которое по словам Калогеры может занять несколько недель это почти подтвердит, что меньший объект является нейтронной звездой.

Каким бы сигнал не был — он будет первым. «Это беспроигрышная ситуация» — говорит Берри.