Когда черные дыры сталкиваются, они создают рябь в самой ткани пространства-времени — гравитационные волны. Ученые из Университета Портсмута, Саутгемптона и Дублина придумали, как анализировать эти волны точнее. Пока метод не раскрыл новых тайн о черных дырах, но зато упростит работу с данными и поможет избежать ошибок в будущем.

Подробности опубликованы в издании Nature Astronomy.

С 2015 года, когда гравитационные волны впервые засекли (за что дали Нобелевскую премию), их изучение перевернуло представление о Вселенной. Проблема в том, что сигнал от столкновения черных дыр длится доли секунды, и чтобы расшифровать его, приходится сравнивать с миллионами теоретических моделей. Но не все модели одинаково точны.

Обычно ученые используют байесовский вывод — статистический метод, который перебирает разные варианты и выдает наиболее вероятный. Но если просто усреднить результаты, можно упустить важное: насколько каждая модель соответствует теории Эйнштейна. Новый подход учитывает это и снижает риск ошибочных выводов.

Байесовский вывод — статистический метод, который обновляет вероятности гипотез по мере поступления новых данных. Например, если сначала вы предполагали, что черная дыра имеет массу 30 солнц, но сигнал слабее ожидаемого, метод пересчитает шансы в пользу меньшей массы.

Я годами думал, как встроить точность моделей в анализ гравитационных волн, и наконец получилось, — говорит Чарли Хой, ведущий автор исследования.

Гравитационные волны рассчитывают через уравнения Эйнштейна, но это сложно — все существующие модели упрощают реальность. Новый метод позволяет учесть эти неточности и точнее определять свойства черных дыр: их массу и вращение. А когда появятся более совершенные модели, их легко подключить к алгоритму.

Метод не совершает прорыва здесь и сейчас, но делает фундаментальную вещь: очищает данные от «шума» неточных моделей. В будущем это позволит:

• Точно определять параметры черных дыр (массу, вращение) даже при слабых сигналах.
• Лучше понимать, как сливаются двойные системы — а это ключ к проверке общей теории относительности в экстремальных условиях.
• Ускорять анализ новых событий, которых с каждым годом фиксируют все больше.

Метод опирается на существующие модели, а их точность ограничена. Если в самих моделях есть системные ошибки (например, неучтенные эффекты при слиянии быстро вращающихся черных дыр), новый алгоритм не исправит это — лишь аккуратно усреднит недостоверные данные.

Ранее стало известно, что гравитационные волны искривляют свет квазаров.