Гравитационные телескопы нового поколения готовятся услышать эхо первых черных дыр

Первые звезды Вселенной, известные астрономам как звезды популяции III, зажглись через 100–500 миллионов лет после Большого взрыва. В то время космос состоял почти целиком из водорода и гелия. Из-за отсутствия тяжелых химических элементов первые светила вырастали крупными, быстро сжигали водородное топливо и взрывались как сверхновые уже через 2–5 миллионов лет. После взрывов оставались массивные черные дыры, которые объединялись в пары и со временем сталкивались.

Черные дыры популяции III служат вероятными зародышами сверхмассивных объектов, которые сейчас находятся в центрах большинства галактик. Сегодня астрономы не могут детально изучить эти процессы, поскольку текущая статистика наблюдений включает слишком мало подобных событий. Современные лазерные интерферометры улавливают гравитационную рябь пространства-времени преимущественно из соседних областей космоса.

Телескоп Эйнштейна решит эту проблему за счет изменения конструкции. Инженеры планируют разместить комплекс под землей, чтобы убрать помехи от сейсмических колебаний и движения транспорта. Длину плеч интерферометра увеличат до 10 километров против 4 километров у LIGO, а оптические элементы охладят криогенными установками. Американский проект Cosmic Explorer предполагает еще более длинные плечи — 20 и 40 километров.

Расчеты ученых показывают, что один только Телескоп Эйнштейна сможет фиксировать до 1400 слияний черных дыр популяции III в год. Новые телескопы охватят диапазон космологического красного смещения до z ~ 30. Это даст исследователям массив данных о временах, когда во Вселенной только зажигался первый свет, и покажет эволюцию черных дыр на протяжении всей истории космоса.

Ранее ученые предложили искать «волосы» черных дыр по гравитационным волнам.

Иллюстрация Einstein Telescope