Космос полон загадок, но одна из самых интригующих — действительно ли объекты, которые мы называем черными дырами, являются тем, чем кажутся? Когда два таких тела сливаются, они порождают гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени. Но похожие сигналы могут давать и другие экзотические компактные объекты, например бозонные звезды — гипотетические тела из частиц-бозонов.
В 2017 году группа физиков предложила способ отличить настоящие черные дыры от двойников. Идея опирается на квадрупольный момент — параметр, описывающий, как вращение искажает распределение массы, отклоняя объект от сферы. У черной дыры Керра, полностью определяемой массой и спином, этот момент имеет строго заданное значение. Экзотические объекты с другой внутренней структурой могут давать иной результат.
Почти восемь лет метод ждал подходящего случая. В октябре 2024 года детекторы LIGO Hanford в США и Virgo в Италии зарегистрировали событие GW241011 — слияние двух объектов с массами около 19,6 и 5,9 солнечных масс. Более массивный имел безразмерный спин примерно 0,78. Большая асимметрия масс, быстрое вращение и высокое соотношение сигнал/шум — около 36 — сделали систему идеальной.
Исследователи применили байесовскую оценку параметров, позволив квадрупольному моменту варьироваться независимо от значения для черной дыры Керра. Вместо того чтобы заранее считать объект черной дырой, они дали данным показать, насколько его структура близка к идеалу.
Мы перешли от вопроса о том, согласуются ли данные гравитационно-волнового излучения с существованием черных дыр, к количественным ограничениям в отношении конкретных альтернатив черным дырам.
Сопоставив измерения с теоретическими предсказаниями для бозонных звезд с кулоновым самовзаимодействием и других экзотических объектов, команда установила, что многие из них несовместимы с наблюдениями. Вращающиеся бозонные звезды с четверным самовзаимодействием исключены. Однако часть достаточно плотных экзотических объектов пока нельзя отбросить — их свойства все еще укладываются в рамки данных.
Результат работы не доказывает, что объект — черная дыра, а сужает круг альтернатив. С запуском обсерватории LISA и детекторов третьего поколения чувствительность возрастет, что позволит установить более строгие ограничения и, возможно, обнаружить новые формы компактной материи.
Ранее Наука Mail рассказывала, что некоторые черные дыры растут гораздо быстрее, чем их галактики.