Невидимый штопор чёрных дыр ✎ экспресс

Оригинал: "Evidence for additional structure in the effective spin distribution hints at multiple formation pathways in GWTC-5.0"
arXiv:2606.12205 · 2026-06-10 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Вращение сливающихся чёрных дыр указывает на места их рождения — тихие галактические диски или звёздные скопления.

📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Две чёрные дыры, сближаясь перед ударом, напоминают фигуристов в парном вращении: каждая крутится вокруг своей оси, а вместе они закручивают общий танец. Этот общий штопор — так называемый эффективный спин — астрономы могут измерить по гравитационным волнам, которые расходятся от пары, как круги по воде. В новом исследовании учёные проанализировали последний каталог таких событий, собранный детекторами LIGO, Virgo и KAGRA.

Оказалось, что большинство пар крутятся очень слабо: их эффективный спин группируется около нуля, словно фигуристы почти не вращаются. Но у некоторых пар закрутка заметно сильнее, и чаще она направлена в ту же сторону, что и общее движение по орбите. Раньше думали, что распределение этих закруток просто скошено в одну сторону, но новый взгляд показал: есть центральное «облако» слабо закрученных пар, а за его пределами — отдельные «выбросы» с сильным вращением.

Эффективный спин — это не просто сумма двух вращений. Если оси чёрных дыр наклонены друг к другу, их вклады могут частично гасить друг друга, как два волчка, запущенных под углом.

Особенно любопытно, что среди пар с самой большой массой (от 47 до 65 солнечных) чуть чаще встречаются те, у которых закрутка направлена против общего движения. Правда, эта асимметрия не очень уверенная: шансы в её пользу примерно 13 к 1, а если убрать одно подозрительное событие с помехами в данных — всего 5 к 1. Тем не менее, такой избыток «отрицательных» закруток может указывать на особый путь рождения: чёрные дыры, которые сами когда-то возникли при слиянии других чёрных дыр, а потом снова слились. Такие «иерархические» слияния, как предполагают, чаще происходят в плотных газовых дисках вокруг сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик.

Солнечная масса — это примерно 333 000 масс Земли. Так что чёрная дыра в 47 солнечных масс весит как 15 миллионов наших планет.

Иными словами, измеряя невидимый штопор сталкивающихся чёрных дыр, астрономы могут заглянуть в те уголки Вселенной, где эти пары родились. Слабый штопор — вероятно, тихие звёздные окраины, сильный и однонаправленный — бурные газовые диски в ядрах галактик. Каждое новое слияние добавляет штрих к карте космических «роддомов».

Эффективный спин пары чёрных дыр может меняться от –1 до +1. Ноль означает, что оси вращения либо почти не наклонены, либо их вклады взаимно уничтожаются.

В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетный сигнал содержит чертежи машины, использующей вращающиеся чёрные дыры для путешествий сквозь пространство-время.

\chi_\mathrm{eff} = \frac{m_1 \chi_1 \cos\theta_1 + m_2 \chi_2 \cos\theta_2}{m_1 + m_2}
Эффективный спин ($\chi_\mathrm{eff}$) зависит от масс ($m_1$, $m_2$), собственных спинов ($\chi_1$, $\chi_2$) и углов наклона ($\theta_1$, $\theta_2$) осей вращения чёрных дыр к орбитальному моменту.
Учёные
John Archibald WheelerJacob BekensteinFritz ZwickyKarl SchwarzschildStephen HawkingSubrahmanyan Chandrasekhar
Понятия
эффективный спин распределение хи-квадрат эхо гравитационных волн gw190814 GWTC эксцентричная двойная чёрная дыра эксцентриситет гравитационных волн распределение галактик эхо гравитационных волн