Пулсари показват рядко сливане на черни дупки

Честото възникване на гравитационни вълни сериозно би изкривило излъчването, идващо от пулсарите, твърдят австралийски изследователи. И тъй като такива изкривявания не се наблюдават, силните гравитационни вълни трябва да са редки – както и пораждащите ги сливания на свръхмасивни черни дупки.

Викрам Рави от Мелбърнския университет и Райън Шенън от Националното обединение на научните и приложните изследвания (и двата – в Австралия) са нанесли сериозен удар по днешната картина на формирането на свръхмасивни черни дупки, населяващи центровете на галактиките в нашата Вселена.

Човечеството открива квазари – активни ядра на галактики, съдържащи свръхмасивни черни дупки, които лесно се откриват по излъчването от техните околности – на огромни разстояния от Земята.

Най-древните от тях са по-стари от 13 млрд. години, което на фона на историята на Вселената, наброяваща 13,8 млрд. г., изглеждат пределно загадъчно.

Получава се, че след възникване на света и рейонизацията, направила възможно формирането на звезди, за образуването на свръхмасивни черни дупки е имало много малко време – толкова, че всички изчисления показвали: невъзможно е набирането на огромна маса само за сметка на поглъщането на околния газ и прах. Необходим е друг път и астрономите са обяснили свръхбързото възникване на пълноценни свръхмасивни черни дупки с тяхно сливане.

Над това как да проверят такава хипотеза, се замислили Рави и Шенън. Тоест те далеч не са се замислили първи, ясно е, че сливането на две свръхмасивни черни дупки поражда гравитационни вълни, „гребени” на пространство-времето, изкривяващо областите, през които преминават тези вълни.

Но досега всичко приключвало с констатация на необходимостта от търсене на такива вълни – чувствителността на земната апаратура не достига за тяхната регистрация. И Рави и Шенън опитали да изчислят доколко такива гравитационни вълни трябва да влияят на други космически процеси и няма ли сред тези процеси такива, които сме способни да открием с необходимата надеждност.

Според тях това трябва да са пулсари – бързо въртящи се неутронни звезди, от които до нас достига радиолъчение, чиято периодичност е свързана с периода на въртене на неутронната звезда. Оказва се, че периодичното въртене на такъв обект трябва доста сериозно да се смущава от гравитационните вълни на сливащи се черни дупки, и земните инструменти още днес могат да го фиксират.

След като осъзнали това, астрономите предприели опит за тяхното търсене – тоест решили косвено да регистрират гравитационни вълни. За съответни наблюдения използвали радиотелескопа Паркс, по-точно неговият архив с многогодишни наблюдения на двайсет пулсара.

Ако гравитационни вълни от сливането на черните дупки, по-тежки от милион маси на Слънцето, са преминавали през районите на някой от тези пулсари, следи от това би трябвало да присъстват в изменение на периодичността на постъпването на радиосигналите.

Да, идеята не е безупречна – самите неутронни звезди може леко да променят периодичността на въртене по редица причини, отнасящи се до собствената им природа и несвързани с гравитационни вълни. Но те, първо, до известна степен са изучени. А второ, в статистиката на наблюдения са сравнително малко.

И ето резултата от наблюденията на Рави и Шенън – статистиката на поведение на известните пулсари не позволява да се предположат възможности на често сливане на черни дупки като основен механизъм на тяхното нарастване. Това означава, че свръхмасивните черни дупки трябва да стават свръхмасивни с помощта на други средства – да речем, като поглъщат междузвезден газ.

Изводите на австралийците имат две уязвими тънкости. Първо, не е ясно как свръхмасивните черни дупки са успели по толкова консервативен начин да наберат маса почти веднага след рейонизацията. Днес черните дупки никъде не растат с такава скорост и теориите, описващи поглъщането на материя от черните дупки, засега не позволяват да се предположи какви механизми са им позволили толкова бързо да поглъщат газ.

Второ, ние знаем с точност, че галактиките се сливат – например нашата собствена е продукт на многобройни сливания, а и в бъдеще тя неизбежно ще се събере с Андромеда, а след това и с галактиката Триъгълник. Когато това се случи, свръхмасивните черни дупки трябва да се „съединят”. И ако сливането на галактики е често събитие, то такова трябва да са и гравитационните вълни, предизвиквани от тях.

С други думи, ако статистиката на пулсарите не ги показва, то част от свръхмасивните черни дупки при сливане на галактиките по някакъв начин избягва съединяването и поглъщането. Но как?

Накрая изследователите отиват още по-далече. Тъй като при сливането на галактики така или иначе сблъсъци и сливания поне на части от свръхмасивните черни дупки не може да се избегнат, то и самият факт на честото сливане на галактики като основен път за нарастването на масите на големите галактики може да се окаже под въпрос. Следователно те също биха могли да „набират тегло” от интензивното поглъщане на газ, а не от сблъсък.

Изглежда, пред нас е такъв вид изследване, който поражда повече интригуващи въпроси, отколкото отдавна търсени отговори:

Отчет за изследването е публикуван в сп. Science, а с предварителната му версия можете да се запознаете тук.

Източник: The Conversation