Астрофизики из Университета Глазго сообщили о выходе крупного обновлённого каталога гравитационно-волновых событий, который рассматривается как важный этап развития гравитационной астрономии. Институт гравитационных исследований представил Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5), размещённый в открытом доступе. Научные работы направлены в журналы Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters.
В новый релиз вошли сведения о 161 сигнале, зарегистрированном при столкновениях чёрных дыр в период с апреля 2024 года по конец января 2025 года. Наблюдения выполнили детекторы LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии, работающие в рамках коллаборации LVK. С учётом обновления общее число зафиксированных гравитационно-волновых событий достигло 390.
Среди ключевых результатов каталога выделяются подтверждения существования чёрных дыр второго поколения, наиболее точная на сегодняшний день локализация источника гравитационных волн на небе и первое измерение трёх мод колебаний чёрной дыры. Эти данные стали одним из наиболее заметных итогов нового набора наблюдений.
Университет Глазго участвует в исследованиях гравитационных волн с 1970-х годов. Его специалисты руководили созданием высокочувствительных подвесок зеркал для детекторов LIGO, которые позволяют фиксировать слабые сигналы. С момента первого прямого обнаружения в 2015 году учёные совместно с международной коллаборацией LVK совершенствуют детекторы и методы анализа, что увеличивает частоту обнаружений по мере роста чувствительности оборудования.
Во время наблюдательных сеансов детекторы фиксируют примерно от трёх до четырёх сигналов еженедельно. Эти периоды чередуются с этапами модернизации установок. Каталог обновляется примерно раз в полгода и включает проверенные события и параметры их источников.
Доктор Дэниел Уильямс из Института гравитационных исследований и сопредседатель рабочей группы по компактным двойным системам коллаборации LSC отметил, что новое обновление расширило представления о Вселенной и дало возможность глубже изучать столкновения чёрных дыр. Он подчеркнул, что за десять лет после первого обнаружения гравитационных волн накоплены сотни наблюдений, что отражает масштаб работы международного научного сообщества.
Специалисты Университета Глазго разрабатывают технологии, повышающие чувствительность детекторов, что позволяет фиксировать более удалённые и слабые события. Также институт создаёт методы анализа, которые извлекают подробные характеристики источников, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет. При этом сами измерения фиксируют смещения оборудования на доли размера атомного ядра.
Отдельные события каталога установили новые рекорды. Сигнал GW240615, зарегистрированный 15 июня 2024 года двумя детекторами LIGO и Virgo, показал лучшую на сегодня точность определения положения источника. Область локализации составила около 6 квадратных градусов. Событие связано со слиянием чёрных дыр массой примерно 26 и 30 солнечных масс на расстоянии более 3 миллиардов световых лет.
Аспирант Института гравитационных исследований Алекс Пападопулос отметил, что GWTC-5 расширяет набор данных для изучения расширения Вселенной и позволяет уточнять постоянную Хаббла. Гравитационные волны дают возможность оценивать расстояния до источников либо напрямую по сигналу, либо через идентификацию родительской галактики.
Одним из ключевых улучшений каталога стало участие детектора Virgo, который вернулся к наблюдениям после пропуска предыдущего цикла. Его данные повысили точность локализации источников и упростили поиск галактик, связанных со слияниями. В анализ включили 236 сигналов, что почти вдвое больше прежнего объёма выборки.
Рост количества наблюдений усилил точность оценки космологических параметров, включая постоянную Хаббла. В Университете Глазго разработали программное обеспечение, ускоряющее обработку данных более чем в тысячу раз, что особенно важно при увеличении числа регистрируемых сигналов.
Обнаружение гравитационной волны требует выделения сигнала из сильного шумового фона детекторов. Качество сигнала оценивается через отношение сигнал/шум. В новом каталоге зафиксирован рекордный показатель 76,9 у события GW250114, зарегистрированного 14 января 2025 года. Сигнал возник при слиянии чёрных дыр массой 32 и 34 солнечных массы на расстоянии свыше миллиарда световых лет.
Высокая «чёткость» GW250114 позволила провести наиболее точную проверку общей теории относительности и подтвердить теорему Стивена Хокинга о площади горизонта событий. Доктор Джон Вейтч из Университета Глазго, занимающийся анализом сигналов чёрных дыр, отметил, что данные позволили сравнить состояние пространства-времени до и после слияния и зафиксировать рост площади горизонтов событий в соответствии с законами механики чёрных дыр.
После слияния образовавшаяся чёрная дыра переходит в состояние «звонка», излучая гравитационные волны. Анализ этих колебаний подтвердил рост энтропии и согласие процессов с законами термодинамики, включая второй закон. При этом более массивные чёрные дыры демонстрируют понижение температуры при увеличении энергии.
В октябре и ноябре 2024 года зафиксированы два отдельных события — GW241011 и GW241110. Они произошли на расстояниях около 700 миллионов и 2,4 миллиарда световых лет. Характеристики вращения чёрных дыр указывают на возможное происхождение объектов как «второго поколения», сформированных после предыдущих слияний. Такие системы формируются в плотных звёздных скоплениях, где столкновения происходят чаще.
Дополнительный анализ 267 источников, включая 104 новых наблюдения, провела аспирантка Сторм Колломс. Исследование позволило уточнить массы, спины и расстояния двойных систем, а также выявить связи между параметрами. Чёрные дыры разных масс демонстрируют различия в распределении спинов, что указывает на разные сценарии формирования.
События GW241011 и GW241110 показали сочетание высоких спинов и неравных масс, что поддерживает гипотезу повторных слияний. Эти данные усиливают представление о существовании нескольких каналов формирования двойных чёрных дыр.
Наблюдения продолжают уточнять картину происхождения компактных объектов и их эволюции. С увеличением чувствительности детекторов и новыми наблюдательными циклами растёт число зарегистрированных событий и точность измерений.
Доктор Уильямс отметил, что поток сигналов достиг уровня, при котором изучение гравитационных волн напоминает исследование сложной структуры, скрытой от прямого наблюдения.
Исследование опубликовано в журналах Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters.
