Международная команда астрофизиков применила данные с гравитационно-волновых станций, чтобы буквально разглядеть внутреннее устройство центров галактик, которое скрыто от обычного наблюдения. Итоги научной работы были напечатаны в известном журнале. Исследование подтвердило, что вокруг соединяющихся огромных черных дыр находится очень плотное вещество. Его густота составляет около 1 000 000 масс нашего Солнца на 1 кубический парсек. Ученые изучили особый гравитационно-волновой фон. Его зафиксировали специалисты проекта с помощью метода наблюдения за пульсарами. Для этого используются сверхточные космические часы, которые помогают улавливать самые длинные гравитационные волны.
Найденный фон представляет собой общий сигнал от 1 000 000 сливающихся пар огромных черных дыр во всей Вселенной. В самой нижней части спектра исследователи увидели неожиданный изгиб. Он совершенно не подходил под существующие расчеты, которые описывали развитие таких объектов только за счет излучения волн. Представитель Шанхайского университета Цзяо Тун Ифань Чэнь объяснил это явление. «Этот изгиб указывает на влияние окружающей среды», — отметил специалист. На ранних этапах сближения, задолго до финального слияния, на движение черных дыр сильно влияют обычные звезды и частицы темной материи, расположенные в ядре галактики.
Исследователи решили, что главным механизмом в этом процессе выступает гравитационное взаимодействие 3 тел. Сближающиеся черные дыры работают как огромная рогатка. Пролетающие рядом звезды или частицы темной материи получают мощный толчок от гравитации. Они ускоряются и улетают далеко в сторону. При этом они забирают часть энергии у двойной системы, из-за чего она начинает сжиматься гораздо быстрее. Ученые сравнили свои расчеты с 15-летними наблюдениями и смогли подтвердить эту теорию. Им впервые удалось измерить плотность вещества рядом со сливающимися черными дырами. Выяснилось, что наиболее вероятная плотность составляет около 1 000 000 солнечных масс на 1 кубический парсек.
Такое значение отлично совпадает с прямыми наблюдениями за центрами ближайших к нам галактик, включая Млечный Путь. Это подтверждает, что обнаруженные явления абсолютно реальны и не являются следствием необычных процессов. При этом анализ данных не доказал теорию о существовании очень резких скоплений темной материи. Специалисты склоняются к тому, что она распределена более плавно. Полученные данные также проясняют старую загадку астрофизики о том, как именно черные дыры преодолевают последнее расстояние перед окончательным слиянием. Ведь одного только излучения гравитационных волн для этого слишком мало. Механизм отбрасывания звезд дает нужное объяснение этому явлению.
Авторы исследования не отрицают, что замеченный изгиб спектра можно частично объяснить сильно вытянутыми орбитами двойных систем. Однако такой вариант развития событий потребовал бы слишком крайних значений, что крайне маловероятно для большей части космических объектов. Будущие наблюдения с использованием новых мощных радиотелескопов позволят убрать оставшиеся сомнения. Они помогут точно отличить влияние обычных звезд от воздействия темной материи на процесс развития нашей Вселенной.