Гравитационные волны помогли исключить некоторые возможные «двойники» чёрных дыр
Физики использовали гравитационный сигнал GW241011, чтобы проверить, действительно ли один из объектов, участвовавших в слиянии, был чёрной дырой. Анализ показал, что более массивный компонент системы хорошо соответствует вращающейся чёрной дыре Керра, а некоторые альтернативные экзотические объекты, включая определённые модели бозонных звёзд, не способны объяснить наблюдаемый сигнал.
GW241011 был зарегистрирован в октябре 2024 года детекторами LIGO Hanford в США и Virgo в Италии. Сигнал связали со слиянием двух компактных объектов массами примерно 19,6 и 5,9 массы Солнца. Более массивный объект быстро вращался — параметр его вращения составлял около 0,78 по шкале, где 1 соответствует предельному вращению чёрной дыры. Отношение сигнал/шум достигало примерно 36.
Именно сочетание большой разницы масс, быстрого вращения и сильного сигнала позволило исследователям с высокой точностью измерить квадрупольный момент более тяжёлого объекта. Этот параметр показывает, насколько распределение его массы изменяется из-за вращения.
У чёрной дыры Керра квадрупольный момент определяется массой и скоростью вращения. У гипотетических экзотических объектов, например бозонных звёзд, он может отличаться. Поэтому такое измерение позволяет использовать гравитационные волны как своеобразный «отпечаток», по которому можно судить о природе компактного объекта.
Исследователи сравнили параметры GW241011 с теоретическими моделями нескольких типов экзотических объектов. В результате некоторые из них удалось исключить. В частности, данные оказались несовместимы с рядом моделей вращающихся бозонных звёзд, в которых составляющие их частицы взаимодействуют друг с другом определённым образом.
При этом работа не доказывает окончательно, что объект был именно чёрной дырой. Некоторые чрезвычайно компактные экзотические объекты всё ещё остаются совместимыми с наблюдениями. По оценке авторов, возможными остаются альтернативы с компактностью примерно 0,24 и выше.
Главное значение исследования заключается в том, что гравитационные волны позволяют проверять не только массу и вращение компактных объектов, но и особенности их внутренней структуры. Это даёт новый способ искать возможные альтернативы обычным чёрным дырам.
Авторы подчёркивают, что выводы относятся только к объекту в системе GW241011 и не позволяют исключить существование бозонных звёзд или других экзотических объектов во Вселенной в целом. В будущем более чувствительные детекторы и новые события позволят проводить такие проверки значительно точнее.
Исследование в журнале Physical Review Letters.