Міжнародна група дослідників на чолі з вченими з Cardiff University дійшла висновку, що наймасивніші чорні діри у Всесвіті можуть мати зовсім інше походження, ніж вважалося раніше. Замість прямого утворення після загибелі масивних зірок вони, ймовірно, "виростають" через серію повторних злиттів інших чорних дір. Про це писала Science Daily.
Дивіться також Новий шлях до Марса знайшли випадково: він скорочує час подорожі вдвічі
Що гравітаційні хвилі розповіли про походження чорних дір?
Робота базується на аналізі каталогу гравітаційних хвиль GWTC4, створеного колаборацією LIGO-Virgo-KAGRA. До нього увійшли 153 підтверджені випадки злиття чорних дір, зафіксовані детекторами гравітаційних хвиль.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Astronomy.
У центрі уваги опинилися так звані "чорні діри другого покоління". За цією теорією, після смерті масивних зірок утворюються звичайні чорні діри, які згодом стикаються одна з одною. Якщо це відбувається в надзвичайно щільному середовищі, новоутворена чорна діра може пережити ще одне зіткнення, а потім і наступні. Таким чином виникають справжні космічні "гіганти".
Йдеться про зоряні скупчення, де щільність зірок може бути в мільйон разів вищою, ніж у районі Сонячної системи. Саме такі умови створюють ідеальне середовище для багаторазових гравітаційних зіткнень.
Провідний автор дослідження доктор Fabio Antonini пояснив, що гравітаційно-хвильова астрономія вже виходить далеко за межі простого підрахунку злиттів чорних дір.
"Гравітаційно-хвильова астрономія тепер робить більше, ніж просто фіксує злиття чорних дір. Вона починає показувати, як чорні діри ростуть, де саме вони ростуть і що це розповідає нам про життя та смерть масивних зірок", – зазначив науковець.
Як пише Space, під час аналізу сигналів команда виявила дві окремі групи чорних дір. Перша складається з об'єктів меншої маси, які добре відповідають класичним моделям утворення після колапсу зірок. Друга група – значно масивніші чорні діри з незвично високою швидкістю обертання.
Саме характер обертання став головною підказкою для дослідників. За словами співавторки роботи докторки Isobel Romero-Shaw, важкі чорні діри поводяться зовсім інакше, ніж звичайні.
"На відміну від систем меншої маси, які переважно повільно оберталися, масивні чорні діри демонструють швидке обертання з випадковими напрямками осей. Це саме той підпис, який очікується при багаторазових злиттях у щільних зоряних скупченнях", – пояснила вона.
Дослідження також посилило докази існування загадкової "прогалини мас". Астрофізики давно припускають, що зорі певної маси не можуть утворювати чорні діри, оскільки вибухають настільки потужно, що повністю знищують себе.
Теоретично це мало б створити діапазон мас, у якому чорні діри просто не повинні існувати. Вчені виявили перехід саме поблизу межі приблизно в 45 мас Сонця.
За словами дослідників, чорні діри, знайдені в цій зоні, можуть свідчити або про помилки в сучасних моделях еволюції зірок, або про альтернативний механізм їхнього утворення – через повторні злиття.
Доктор Антоніні наголосив, що зміна характеру обертання після позначки у 45 сонячних мас дуже складно пояснюється звичайними подвійними зоряними системами, але добре узгоджується з моделлю ієрархічних злиттів.
Окрім розуміння еволюції чорних дір, відкриття може мати значення і для ядерної фізики. Дослідники вважають, що в майбутньому гравітаційні хвилі допоможуть вивчати процеси всередині масивних зірок, зокрема реакції, пов'язані з горінням гелію в зоряних ядрах.
Співавторка дослідження докторка Fani Dosopoulou зазначила, що межа "прогалини мас" безпосередньо залежить від ядерних реакцій усередині зірок. Тому майбутні спостереження можуть дати астрономам новий інструмент для дослідження фундаментальної фізики космосу.