После объединения двух черных дыр их новоиспеченная черная дыра фактически получает «пинок» и устремляется сквозь космос, чтобы вырваться из своего звездного скопления.
Это открытие стало возможным благодаря исследованию гравитационных волн — колебаний в пространстве-времени, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн и которые удалось зафиксировать только в 2015 году. В апреле 2019 года детекторы LIGO в США и Virgo в Италии уловили сигнал GW190412, возникающий при слиянии двух черных дыр с массами 29,7 и 8,4 солнечных масс на расстоянии более 2,4 миллиарда световых лет от Земли.
Уникальность этого события состоит в значительном различии масс сливающихся объектов. Когда черные дыры сильно отличаются по размеру, их слияние происходит ассиметрично, что приводит к возникновению необычного явления, названного «натальным толчком» — новорожденная черная дыра получает мощный импульс и устремляется прочь из места слияния, как ядро из пушки.
«Мы увидели удивительную демонстрацию потенциала гравитационных волн», — отметил соавтор исследования Коустав Чандра из Университета штата Пенсильвания. «Это один из немногих феноменов в астрофизике, где мы не просто что-то находим, мы реконструируем полное трехмерное движение объекта, находящегося на миллиардах световых лет от нас, и делаем это лишь с помощью колебаний в пространстве-времени».
Астрофизики выяснили, что после слияния новая черная дыра устремилась прочь со скоростью порядка 180 тысяч километров в час. Этой скорости более чем достаточно, чтобы покинуть плотное звездное скопление, в котором произошло слияние, и стать блуждающей черной дырой.
Ключ к определению скорости отдачи заключается в особенностях гравитационных волн. Когда черные дыры с разными размерами сближаются по спирали, создаваемые ими волны выглядят по-разному с разных углов наблюдения. Анализируя эти различия, ученые могут установить направление толчка. Скорость вычисляется на основе соотношения масс и вращения исходных черных дыр — информации, которая также получается из гравитационно-волнового сигнала.
Почему исследователи сосредоточили свое внимание на этих процессах? Дело в том, что, если отдача достаточно сильна, чтобы выбросить слившуюся черную дыру из звездного скопления, это препятствует ее дальнейшим слияниям с другими черными дырами. А это, в свою очередь, не позволит ей вырасти в сверхмассивную черную дыру — объект с mассой от 100 тысяч до 50 миллиардов солнечных масс, который располагается в центре большинства галактик.