Гравитационные волны рассказывают о целых популяциях черных дыр

Коллаборация LIGO, Virgo и KAGRA (LVK), объединяющая десятки научных институтов по всему миру, представила результаты четвертого сеанса наблюдений (O4) гравитационных волн. Ученые обнаружили сотни новых слияний черных дыр и нейтронных звезд, включая рекордно мощный сигнал и самые массивные черные дыры из когда-либо зафиксированных. Препринт с обзором открытий доступен на сервере arXiv и готовится к публикации в рецензируемом научном журнале.

За последние десять лет гравитационно-волновая астрономия превратилась из сенсационного события в рутинную, но от этого не менее захватывающую науку. Если в 2015 году первое обнаружение волн от слияния двух черных дыр стало мировой сенсацией, то сейчас детекторы LIGO, Virgo и KAGRA регистрируют в среднем по четыре новых сигнала в неделю. Четвертый наблюдательный сезон, который завершился в конце 2025 года, принес сразу несколько рекордов и, что еще важнее, позволил ученым перейти от изучения единичных случаев к статистическому анализу целых популяций космических объектов.

Главное достижение O4 — не просто увеличение числа обнаружений, а качественный скачок в нашем понимании Вселенной. Среди сотен новых событий выделяются два уникальных. Одно из них, GW230529, оказалось слиянием нейтронной звезды и черной дыры необычно малой массы, которая попадает в так называемый «разрыв масс», диапазон, где раньше практически не находили черных дыр. Это открытие заставляет пересмотреть теории о том, как умирают массивные звезды.

Другое событие, GW231123, напротив, поставило рекорд по массе: его черные дыры оказались настолько тяжелыми, что их происхождение, вероятно, связано с повторными слияниями в плотных звездных скоплениях.

Но самым громким сигналом за всю историю наблюдений стал GW250114. Его мощность была настолько высока, что позволила ученым впервые провести ювелирно точные тесты общей теории относительности, подтвердив, что сигнал от сливающихся черных дыр полностью соответствует предсказаниям Эйнштейна для так называемых керровских черных дыр. Еще одно любопытное событие, GW240925, произошло в тот момент, когда один из детекторов был слегка разбалансирован. Оказалось, что сам гравитационно-волновой сигнал настолько чист, что его можно использовать для калибровки приборов, и это открыло новую возможность проверки точности измерений.

Однако самый большой прорыв O4 связан не с отдельными рекордами, а с возможностью изучать «демографию» черных дыр и нейтронных звезд. Сотни новых наблюдений позволила астрофизикам построить детальную карту распределения масс черных дыр. Если раньше их массы описывали простой степенной функцией, то теперь ученые видят четкие пики и провалы: например, ясно различим пик около десяти масс Солнца и характерный излом в районе тридцати пяти солнечных масс.

Кроме того, анализ вращения сотен объектов выявил удивительную закономерность: вращение черных дыр меняется в зависимости от их массы. Легкие черные дыры вращаются медленнее, а тяжелые быстрее, причем их оси вращения чаще оказываются наклонены. Это сильный аргумент в пользу того, что тяжелые объекты рождаются в результате иерархических слияний, а не просто из звезд-одиночек.

Столь большой объем данных позволил также сделать первые уверенные шаги в космологии — ученые начали измерять скорость расширения Вселенной с помощью «темных сирен» (то есть без электромагнитного подтверждения), и точность этих измерений уже начинает конкурировать с результатами, полученными по единственному событию с оптическим послесвечением GW170817.

Важно, что рост числа событий помог выявить и технические нюансы: например, при объединении десятков слабых сигналов стали заметны небольшие расхождения с теорией, которые ранее были не видны. Оказалось, что они связаны не с физикой черных дыр, а с упрощенными моделями шума детекторов, что дало ценный урок для дальнейшего совершенствования методов анализа.

Текущий этап лишь начало. Уже в конце 2026 года ожидается публикация финального каталога O4, а вскоре начнется новый промежуточный этап наблюдений, который совпадет с работой обсерватории Веры Рубин, что многократно увеличит шансы поймать гравитационные волны одновременно с вспышкой света от одного источника. Однако прогресс может замедлиться: под угрозой сокращения финансирования со стороны Национального научного фонда США один из детекторов LIGO может закрыться, что серьезно затормозит развитие этой молодой и стремительно растущей области астрофизики.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях