В своей общей теории относительности Альберт Эйнштейн предсказал, что существуют такие вещи, как гравитационные волны. Фактически, само существование этих волн является стержнем всей теории.
Однако, несмотря на огромные усилия, на которые пошли физики за последние десятилетия, им до сих пор не удалось обнаружить их напрямую с помощью измерений. Во многом это может быть связано с тем, что для этого требуется уровень точности, которого практически невозможно достичь с помощью современных измерительных устройств. В конечном счете, все дело в измерении мельчайших сжатий и расширений пространства, которые, согласно теории Эйнштейна, возникают, когда через него проходят гравитационные волны. И даже с помощью высокоточного измерительного оборудования будущего можно будет обнаружить только волны с соответствующим уровнем интенсивности, например те, которые образовались при слиянии двух сливающихся черных дыр.
Если две галактики направляются друг к другу в космосе и в конечном итоге сталкиваются, они сливаются в одну. Две сверхмассивные черные дыры в центре двух галактик также сливаются. В этом процессе, если общая теория относительности верна, гравитационные волны образуются и распространяются в пространстве. Если черные дыры имеют неравные массы или вращаются с разной скоростью, гравитационные волны будут излучаться асимметрично, давая объединенной черной дыре "толчок", который толкает ее в противоположном направлении.
В некоторых случаях эта отдача относительно слабая, и слитная черная дыра смещается обратно в центр. Однако в других случаях удар бывает достаточно сильным, чтобы полностью вытеснить черную дыру из галактики, где она будет вечно блуждать по Вселенной.
Остаток столкновения двух галактик
Астрономы искали такие откатывающиеся черные дыры, но пока не нашли сильных кандидатов.
Международная группа ученых, в том числе Кевин Шавински, профессор Института астрономии ETH Zurich, и Майкл Косс, научный сотрудник Швейцарского национального научного фонда, работающий с группой Шавински, обнаружили объект, который на самом деле может быть отражающейся черной дырой. Объект, получивший название SDSS1133, находится примерно в 90 миллионах световых лет от Земли, которая по астрономическим меркам находится поблизости. Исследователи из Гавайского университета, Университета Мэриленда, Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, Университета Аризоны, Университета Копенгагена, Калифорнийского университета в Беркли и Университета штата Огайо также работали над открытием.
Впервые исследователи осознали, что SDSS1133 является уникальным объектом в прошлом году, наблюдая за ним с помощью телескопа-рефлектора в обсерватории Кека на Гавайях.
Сравнение с астрономической картой 2001 года показало, что в прошлом году он был уже в десять раз слабее, чем в 2001 году, и хотя объект был виден на картах 1950-х и 1990-х годов, его можно было увидеть очень слабо. SDSS1133 светил очень ярко в 2001 году, но затем не погас полностью, что показало, что это не может быть обычная сверхновая – взрыв звезды, заканчивающий жизнь, – потому что сверхновые, как правило, обнаруживаются только в течение нескольких месяцев, прежде чем они значительно угаснут.
Из сравнения спектра длин волн света, излучаемого SDSS1133 и соседней карликовой галактикой, ученые пришли к выводу, что объект мог быть черной дырой, которая на одном этапе принадлежала этой карликовой галактике и была выброшена из нее.
или одна из самых долгоживущих сверхновых?
И все же исследователи далеки от уверенности, главным образом потому, что существует вторая, более экзотическая возможность: SDSS1133 может быть новым типом длительной вспышки перед сверхновой внутри гигантской звезды. Эта гигантская звезда потеряла бы большую часть своей массы в результате серии извержений в течение как минимум 50 лет до своего окончательного взрыва.
Ученые уже наблюдали такое изменение звезд: Эта Киля, одна из самых массивных звезд в нашей галактике, ненадолго стала второй по яркости звездой на небе в 1843 году.
Если бы этот тип активности был также объяснением SDSS1133, это сделало бы его самые продолжительные непрерывные вспышки, когда-либо наблюдавшиеся до появления сверхновой.
Ответы на горизонте
У ученых ETH появится возможность искать ответы на эти вопросы в следующем году. И черные дыры, и сверхновые излучают ультрафиолетовый свет, но с разными длинами волн. В октябре 2015 года исследователям было выделено время наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла, чтобы более точно измерить этот спектр.
Изменения яркости объекта в ближайшие годы также дадут ученым ключ к разгадке того, имеют ли они дело с выброшенной за борт черной дырой или взрывающейся мегазвездой: для отскакивающей черной дыры они ожидают увидеть переменную яркость, тогда как яркость сверхновой взрыв должен со временем уменьшаться. «Независимо от того, является ли SDSS1133 отскакивающей черной дырой или взрывающейся мегазвездой, мы наблюдаем то, чего никогда раньше не видели во Вселенной», – говорит Майкл Косс.
И если они обнаружат, что объект на самом деле является отскакивающей черной дырой, это значительно повысит шансы на то, что однажды они смогут обнаружить гравитационные волны. По оценкам ученых, отдача, если она подтвердится, произошла около десяти миллионов лет назад.
Следовательно, для конкретного измерения гравитационных волн важен не сам по себе объект, а тот факт, что он существует. «Карликовые галактики очень распространены», – говорит Косс. "Следовательно, весьма вероятно, что в ближайшее время возникнут другие события отдачи. Есть надежда, что мы сможем наблюдать один вблизи Земли и измерить гравитационные волны."