Новые детекторы гравитационных волн смогут увидеть первые чёрные дыры
Будущие детекторы гравитационных волн нового поколения — Cosmic Explorer и Einstein Telescope — теоретически способны обнаружить слияния чёрных дыр, оставшихся от первых звёзд во Вселенной. К такому выводу пришли авторы препринта, в котором моделировалась регистрация сигналов от так называемых звёзд населения III.
Это прогноз на основе байесовских расчётов, а не состоявшееся наблюдение.
Первые звёзды и первые чёрные дыры
Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва во Вселенной зажглись первые звёзды — их называют звёздами населения III (Population III, Pop III). Они состояли почти исключительно из водорода и гелия, поскольку никаких других элементов тогда ещё не было. Из-за этого первозданного состава Pop III были очень массивными — десятки или даже сотни масс Солнца — и жили короткой, бурной жизнью. Многие из них завершили её коллапсом в чёрные дыры.
Именно слияния таких чёрных дыр интересовали авторов нового исследования: они использовали астрофизически мотивированную модель и полный байесовский подход, чтобы оценить, насколько точно будущие детекторы смогут определять параметры подобных событий.
Что дала 5 Гц вместо 10 Гц
Действующие обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA регистрируют гравитационные волны, как правило, начиная от 10–20 Гц. Слияния очень далёких чёрных дыр длятся дольше и генерируют сигнал на более низких частотах. Новые детекторы — Cosmic Explorer (США, плечи до 40 км) и Einstein Telescope (Европа, треугольная конфигурация под землёй) — планируют иметь чувствительность от 5 Гц. Это принципиально важно для наблюдения самых дальних источников.
Ключевые результаты моделирования:
- Система из детекторов с нижним порогом 5 Гц регистрирует больше орбитальных витков до слияния, что позволяет точнее определять параметры источника.
- Красное смещение (расстояние) таких объектов может быть определено с достаточной уверенностью — события на z > 13,5 миллиарда лет назад будут уверенно идентифицироваться как сверхдальние.
- Физические (собственные) массы чёрных дыр могут быть оценены с точностью около 12%.
- Дополнительное использование радиотелескопов, таких как SKA (Square Kilometre Array), поможет привязать сигналы к конкретным космологическим структурам.
Важные оговорки
Читайте также по теме: новом представлении сингулярности чёрной дыры.
Работа выполнена в формате препринта (arXiv): она не прошла полное рецензирование на момент выхода. Cosmic Explorer и Einstein Telescope ещё не построены и потребуют решения серьёзных инженерных задач. Ни один сигнал от звёзд населения III ещё не зарегистрирован: описанные возможности — предсказание на будущее, основанное на симуляциях.
