Первые звёзды Вселенной оставили чёрные дыры. Новые детекторы смогут их увидеть

Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва зажглись первые звёзды — гиганты, в десятки и сотни раз массивнее Солнца. Они состояли почти из чистых водорода и гелия и умирали молодыми, во многих случаях схлопываясь в первые чёрные дыры Вселенной. Часть таких дыр объединялась в пары и сталкивалась, порождая гравитационные волны. Об этом пишет издание Phys.org.

Новое исследование под руководством астрофизика Н.В. Кришенду из Бирмингемского университета показывает, что строящиеся детекторы смогут их поймать. Нынешние обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA за 11 лет зафиксировали около 400 событий, но видят лишь на 8 миллиардов лет назад — этого недостаточно для первых звёзд.

На смену им придут Cosmic Explorer в США с плечами до 40 км и подземный Einstein Telescope на Сардинии в форме треугольника со стороной 10 км. Сигнал от чёрных дыр возрастом около 14 миллиардов лет растянут расширением Вселенной в 19 раз: пара дыр по 30 солнечных масс покажется детекторам как бинарная система весом 1100 солнечных масс.

Учёные смоделировали реалистичный набор звёзд Pop III и прогнали байесовские суперкомпьютерные симуляции. Детектор, чувствительный к 5 Гц, сможет проследить несколько полных витков спирали до столкновения, тогда как 10-герцовый — только финальные секунды. Это позволит не перепутать древние слияния с обычными близкими чёрными дырами.

Симуляции показали: новые инструменты определят физическую массу древних чёрных дыр с точностью около 12%, а локализуют источник в пределах 60 квадратных градусов в 60% случаев. Это поможет разрешить спор о том, почему сверхмассивные чёрные дыры существовали так рано в истории космоса, и связать их с нейтральным водородом с помощью радиотелескопа Square Kilometer Array. Правда, оба детектора ещё не построены — каждый требует преодоления серьёзных инженерных вызовов.