Согласно общей теории относительности Эйнштейна при взаимодействии двух массивных объектов они производит гравитационные волны – возмущения в ткани пространства-времени. Эти возмущения распространяются по Вселенной со скоростью света. Пока удалось обнаружить только косвенные свидетельства существования гравитационных волн. Прямого наблюдения им до сих пор удавалось избежать. Однако, такая ситуация может продлиться недолго. Современные установки для регистрации гравитационных волн находятся на грани значительного увеличения своей разрешающей способности. Тем не менее, если теоретические предсказания касательно этих верны, в некоторых случаях их будет сложно заметить даже с намного лучшей техникой. Так обстоит дело с волнами, возникающими при столкновении черных дыр с массами в миллионы солнечных. Частота возникающих колебаний невелика, так что с Земли их не удастся засечь ни с какой техникой. Возмущения, вносимые в наблюдения атмосферой и другими факторами будут слишком велики. Для этого нужны специальные космический телескопы, создания которых в ближайшее время ждать не стоит. Для этого необходимо запустить несколько аппаратов, которые будут поддерживать расстояние между собой с точностью до миллиметров.

И все же изучать этот процесс можно, основываясь на теоретических предсказаниях и косвенных наблюдениях гравитационных волн. Для этого используются модели, построенные на основе общей теории относительности, а параметры таких моделей выбираются, исходя из наблюдательных данных. Тогда можно надеяться, что невидимые пока для нас события такая модель опишет хотя бы близко к истине. Таким образом действовали астрономы Центра космических полетов имени Годдарда и Колорадского университета в Болдере, задавшиеся целью предсказать мигание, или частоту волн, которую мы определим в тот момент, когда, наконец, создадим достаточно точное и чувствительное оборудование. Изучение таких процессов, связанных с экстремальными состояниями материи, необходимо для подтверждения, уточнения, а может, и пересмотра фундаментальных законов физики. В случае черной дыры она сама уже представляет пример экстремальных условий, ведь при крохотном размере даже свет не может оторваться от ее гравитационного поля, так что плотность материи дыры чрезвычайно велика. Что уж говорить, при столкновении таких объектов происходят вещи, которые нельзя описать на уровне общей физики. И вместе с тем, черная дыра есть в центре каждой галактики, в том числе нашей, так что было бы интересно знать, что может произойти с этим недружелюбным объектом. Наша галактика находится на пути к столкновению с туманностью Андромеды. Обычно при таких смешениях черные дыры становятся частью двойной системы. Однако, эта система не вечна. Обе дыры теряют энергию, излучая гравитационные волны, при этом высота их орбит (а значит, и расстояние между ними) уменьшается. Со временем они сливаются в одну, поглощая друг друга.

Хотя гравитационные волны могут сказать астрономам, каков их источник, они не предоставляют одной важной детали – его положения. Поэтому наблюдения гравитационных волн могут стать продуктивными только в связке с наблюдениями привычного нам электромагнитного излучения. Однако определение сопутствующего электромагнитного сигнала усложняется не самыми обыденными условиями его возникновения. На последних витках своей уже почти упавшей в центре масс системы орбиты черные дыры двойной системы могут двигаться со скоростями до половины скорости света. Диск ионизованного газа огромной температуры, окружающий это грандиозное слияние, также вносит возмущение. Существует множество гипотез о том, какое излучение сопутствует слиянию двух дыр, но даже сам факт того, что мы сможем его засечь, еще не доказан. Теперь к ним добавилась модель, разработанная Бруно Джикомаццо и Джоном Бейкером, и показывающая происходящее в горячем газе около двух сливающихся черных дыр в самом конце этого процесса. Используя уравнения магнитной гидродинамики и учитывая в них экстремальное гравитационное поле, была разработана модель, предназначенная только для суперкомпьютеров. Несмотря на специальные методы численного моделирования, никакой кластер не способен взяться за такой расчет. Поэтому он проводился на машине Плеяды Исследовательского центра имени Эймса. При этом, тем не менее, было проведено моделирование лишь трех последних витков черных дыр. Правда, два раза – с магнитным полем в газе и без него. Моделирование также проводилось на меньшем временном интервале, но с учетом разных условий, на машинах Техасского университета в Остине и Центра моделирования климата в Центре имени Годдарда.

Сравнение результатов показало важность учета магнитного поля. В ходе слияния его интенсивность увеличивается в сотню раз, и черная дыра, получающаяся при слиянии, в результате оказывается окруженной более плотным и горячим облаком газа. Структура магнитного поля также изменяется, причем это изменение носит нерегулярный характер и может привести в конце концов к полю, в котором не узнать начального. Возможно, моделирование процесса на больших временных интервалах даст еще более значительное увеличение интенсивности магнитного поля и его искривления. В «магнитной» части моделирования был получен еще один интересный результат, который можно рассматривать как подтверждение работоспособности использованных гипотез. В магнитном поле около слившейся черной дыры образовалась структура, напоминающая туннель, и распространяющаяся от дыры к началу ее аккреционного диска. Именно такая зона, практически свободная от магнитного поля, необходима для создания потоков релятивистских частиц, наблюдаемых около активных черных дыр.