Астрономы предложили объяснение необычному слиянию черных дыр GW231123, которое несколько лет считалось «невозможным». По их версии, сигнал мог измениться из-за гравитационного линзирования — искривления, усиления и разделения волн под воздействием массивного объекта. Однако эта гипотеза породила новый вопрос: что именно стало линзой.
23 ноября 2023 года оба детектора обсерватории LIGO, расположенные в штатах Вашингтон и Луизиана, зарегистрировали необычные гравитационные волны. Сигнал пришел от столкновения двух черных дыр примерно в 2 млрд световых лет от Земли. Массы объектов оценили в 100 и 130 масс Солнца, а после слияния, по первоначальным расчетам, возникла черная дыра массой около 230 масс Солнца.
Эти значения помещают объекты в так называемый массовый разрыв. Они слишком велики для черных дыр звездной массы, возникающих при коллапсе звезд, но недостаточно массивны, чтобы относиться к промежуточному классу, природа которого пока изучена не полностью. Кроме того, перед столкновением черные дыры вращались значительно быстрее, чем предполагали ученые. Ранее выдвигалась версия, что такие объекты могли образоваться при коллапсе крупных звезд, которые вместо взрыва сверхновой сразу сформировали черные дыры, но она противоречит многим данным наблюдений.
Исследование, опубликованное 25 августа в журнале The Astrophysical Journal Letters, предлагает другой вариант. Ученые смоделировали воздействие гравитационной линзы на гравитационные волны и пришли к выводу, что сигнал GW231123 мог быть усилен, из-за чего массы черных дыр выглядели больше реальных. Как пояснил соавтор работы, астрофизик Института гравитационной физики Макса Планка в Германии Мигель Сумалакаррегу, «как и свет, гравитационные волны могут отклоняться, усиливаться и разделяться на несколько сигналов массивными объектами». По данным Live Science, ранее такое воздействие на гравитационные волны еще не наблюдали.
Расчеты показывают, что линзой мог быть компактный объект массой от 190 до 850 масс Солнца либо протяженная структура, например шаровое звездное скопление. В этом случае масса образовавшейся черной дыры составила бы около 140 масс Солнца, а сами столкнувшиеся объекты перестали бы находиться в проблемном массовом диапазоне. Такая интерпретация также не требует необычно быстрого вращения черных дыр. Первый автор исследования Срашти Гойал отметила, что линзирование способно объяснить наблюдаемые большие массы.
Пока гипотеза остается теоретической: прямых признаков линзирования, включая сопутствующее кольцо Эйнштейна, ученые не обнаружили. Возможный объект-линза также не найден, хотя обычно подобный эффект вызывают галактики, масса которых во много раз превышает массу Солнца. Если существование линзирования гравитационных волн удастся подтвердить, это позволит изучать более далекие слияния черных дыр и искать дополнительные сведения о темной материи.