Международная группа исследователей во главе с учеными из Cardiff University пришла к выводу, что самые массивные черные дыры во Вселенной могут иметь совсем другое происхождение, чем считалось ранее. Вместо прямого образования после гибели массивных звезд они, вероятно, "вырастают" через серию повторных слияний других черных дыр. Об этом писала Science Daily.
Смотрите также Новый путь к Марсу нашли случайно: он сокращает время путешествия вдвое
Что гравитационные волны рассказали о происхождении черных дыр?
Работа базируется на анализе каталога гравитационных волн GWTC4, созданного коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA. В него вошли 153 подтвержденных случая слияния черных дыр, зафиксированные детекторами гравитационных волн.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
В центре внимания оказались так называемые "черные дыры второго поколения". По этой теории, после смерти массивных звезд образуются обычные черные дыры, которые впоследствии сталкиваются друг с другом. Если это происходит в чрезвычайно плотной среде, новообразованная черная дыра может пережить еще одно столкновение, а затем и последующие. Таким образом возникают настоящие космические "гиганты".
Речь идет о звездных скоплениях, где плотность звезд может быть в миллион раз выше, чем в районе Солнечной системы. Именно такие условия создают идеальную среду для многократных гравитационных столкновений.
Ведущий автор исследования доктор Fabio Antonini объяснил, что гравитационно-волновая астрономия уже выходит далеко за пределы простого подсчета слияний черных дыр.
"Гравитационно-волновая астрономия теперь делает больше, чем просто фиксирует слияния черных дыр. Она начинает показывать, как черные дыры растут, где именно они растут и что это рассказывает нам о жизни и смерти массивных звезд", – отметил ученый.
Как пишет Space, во время анализа сигналов команда обнаружила две отдельные группы черных дыр. Первая состоит из объектов меньшей массы, которые хорошо соответствуют классическим моделям образования после коллапса звезд. Вторая группа – значительно более массивные черные дыры с необычно высокой скоростью вращения.
Именно характер вращения стал главной подсказкой для исследователей. По словам соавтора работы доктора Isobel Romero-Shaw, тяжелые черные дыры ведут себя совсем иначе, чем обычные.
"В отличие от систем меньшей массы, которые преимущественно медленно вращались, массивные черные дыры демонстрируют быстрое вращение со случайными направлениями осей. Это именно та подпись, который ожидается при многократных слияниях в плотных звездных скоплениях", – объяснила она.
Исследование также усилило доказательства существования загадочной "пробела масс". Астрофизики давно предполагают, что звезды определенной массы не могут образовывать черные дыры, поскольку взрываются настолько мощно, что полностью уничтожают себя.
Теоретически это должно было бы создать диапазон масс, в котором черные дыры просто не должны существовать. Ученые обнаружили переход именно вблизи границы примерно в 45 масс Солнца.
По словам исследователей, черные дыры, найденные в этой зоне, могут свидетельствовать либо об ошибках в современных моделях эволюции звезд, или об альтернативном механизме их образования – через повторные слияния.
Доктор Антонини подчеркнул, что изменение характера вращения после отметки в 45 солнечных масс очень сложно объясняется обычными двойными звездными системами, но хорошо согласуется с моделью иерархических слияний.
Кроме понимания эволюции черных дыр, открытие может иметь значение и для ядерной физики. Исследователи считают, что в будущем гравитационные волны помогут изучать процессы внутри массивных звезд, в частности реакции, связанные с горением гелия в звездных ядрах.
Соавтор исследования доктор Фани Досопулу отметила, что граница "пробела масс" напрямую зависит от ядерных реакций внутри звезд. Поэтому будущие наблюдения могут дать астрономам новый инструмент для исследования фундаментальной физики космоса.