В статье Горькавого и Тюльбашева (2021) было показано, что в момент максимального сжатия Вселенной происходит массовое слияние черных дыр, которое порождает мощную вспышку гравитационного излучения (рис. 11).
Гравитационное излучение двойной системы имеет частоту вращения черных дыр вокруг центра инерции системы. Максимум частоты вращения достигается, когда расстояние между дырами становится близко к размеру черной дыры. Так как типичное значение массы черных дыр составляет несколько масс Солнца, то нетрудно показать, что в пике мощности вспышки гравитационного излучения ее частота должна быть близка к сотне герц (см. Приложение II). Именно такое излучение при современном слиянии пар черных дыр звездных масс регистрируется детектором LIGO. Естественно, при сжатии Вселенной темп таких слияний был неизмеримо выше, и мощность излучения в момент максимального коллапса была исключительно высока (при сохранении тех же частот гравитационных волн).
Любое излучение, возникшее на ранних стадиях Вселенной, испытывает красное смещение, то есть увеличение длины волны в z раз. Это увеличение примерно равно отношению современного диаметра Вселенной к реликтовому размеру нашего мира во время вспышки гравитационного излучения. Как обсуждалось в разделе 19.1, целый
Рис. 11. Эволюция (a) реликтовых электромагнитных волн и (б) реликтового гравитационного излучения во Вселенной при Большом сжатии и Большом взрыве. При сжатии тяжелые ядра распадаются на барионы, а также образуется самая Большая Черная Дыра. Рисунок из статьи Gorkavyi et al. (2018), с модификациями
ряд фактов указывает на то, что минимальный размер Вселенной, при котором количество слияний черных дыр было максимальным, составляет несколько световых лет, что соответствует z 1010. Следовательно, длина волны реликтового излучения испытала красное смещение на 10 порядков, поэтому волны с частотой в 100 Гц, возникшие при Большом сжатии, должны превратиться в волны с современной частотой 10–8 Гц (см. рис. 11).
Как черные дыры накапливаются в течение многих сотен циклов, так и длинноволновое гравитационное излучение должно переходить из цикла в цикл, увеличивая свою суммарную энергию и создавая фон реликтовых гравитационных волн (GWB — Gravitational Wave Background) (см. рис. 11). И сейчас вокруг нас существует не только смесь черных дыр из сотен космологических циклов, но и фон гравитационных волн разных возрастов. Как было показано в разделе 12.2, примерно 0,1–1 % массы Вселенной при каждом сжатии Вселенной может превращаться в гравитационные волны. Если накапливать эти волны в течение 100–1000 космологических циклов, то суммарная энергия таких реликтовых гравитационных волн будет сопоставима с общей энергией Вселенной. Как показано расчетами Горькавого и Тюльбашева (2021), примерно такое же количество циклов требуется, чтобы во Вселенной установилось стационарное распределение черных дыр по массам.
Статья Горькавого и Тюльбашева, где был предсказан «высокий уровень реликтового гравитационного излучения, порождаемого в момент максимальных сжатий Вселенной и массовых слияний черных дыр», была написана весной и отправлена летом 2019 года в «Астрономический журнал», но натолкнулась на малоквалифицированных (или предубежденных, что равносильно недостаточной квалификации) рецензентов. 6 мая 2020 года статья была направлена в «Астрофизический бюллетень» и после длительных дискуссий с рецензентами была принята к печати 3 марта 2021 года. Мы отмечаем эти даты, чтобы сопоставить их с публикациями осени-зимы 2020 года, где было описано открытие наногерцовых гравитационных волн на основе радионаблюдений пульсаров. Эти наблюдения будут рассмотрены в следующей главе.