MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Учёные нашли возможное объяснение происхождения самых тяжёлых чёрных дыр, зарегистрированных с помощью гравитационных волн. Анализ 153 слияний из каталога GWTC4 показал, что объекты тяжелее примерно 45 масс Солнца, вероятно, не рождаются напрямую после гибели звёзд, а формируются в шаровых звёздных скоплениях — плотных группах старых звёзд, где меньшие чёрные дыры чаще сближаются и сливаются друг с другом.
Источник изображения: NASA
Речь идёт не о сверхмассивных чёрных дырах в центрах галактик, а о чёрных дырах звёздного происхождения, которые обнаруживают по гравитационным волнам. Такие волны возникают при столкновении и слиянии чёрных дыр. На Земле их регистрирует лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), KAGRA и Virgo. Само существование гравитационных волн Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) предсказал ещё в 1915 году в общей теории относительности.
Исследовательская группа проанализировала 153 зарегистрированных слияния чёрных дыр из версии 4.0 Каталога кратковременных гравитационно-волновых событий LIGO–Virgo–KAGRA (GWTC4). Главный вопрос заключался в том, как появляются самые тяжёлые чёрные дыры в этой выборке: сразу после гибели массивной звезды или после нескольких последовательных слияний уже существующих чёрных дыр.
Результаты указывают на две группы чёрных дыр. Первая включает объекты меньшей массы: они, вероятно, образуются после взрывов сверхновых, когда ядра массивных звёзд коллапсируют под действием собственной гравитации. Вторая группа состоит из более массивных чёрных дыр. Характер их вращения показывает, что такие объекты могли пройти цепочку последовательных слияний в плотных звёздных скоплениях.
Плотная звёздная среда шарового скопления M80 может способствовать образованию массивных чёрных дыр через повторные слияния. Источник изображения: A.Sarajedini, Robert Lea / NASA, ESA, STScI, University of Florida
Этот вывод важен для проверки гипотезы о провале масс, связанном с парной неустойчивостью ядра очень массивной звезды. Согласно этой модели, звёзды в определённом диапазоне масс после гибели не оставляют чёрных дыр звёздной массы, потому что взрыв такой сверхновой полностью разрушает звезду и не даёт её ядру превратиться в чёрную дыру. Авторы исследования связывают нижнюю границу этого провала примерно с 45 массами Солнца. Поэтому чёрные дыры тяжелее этого предела трудно объяснить прямым образованием из одной массивной звезды. Более вероятный сценарий — образование такой чёрной дыры за счёт слияний уже существующих чёрных дыр.
Результаты делают второе объяснение более убедительным. Если чёрная дыра уже пережила одно слияние, она становится тяжелее. В плотном скоплении она может снова столкнуться с другой чёрной дырой и ещё увеличить свою массу. Так возникает цепочка слияний, способная создать объекты тяжелее 45 масс Солнца. Участница исследования Изобел Ромеро-Шоу (Isobel Romero-Shaw) отметила, что чёрные дыры большой массы заметно отличаются от менее массивных объектов. Первые вращаются быстрее, а направления их вращения выглядят случайными. Именно такой признак ожидается, если чёрные дыры многократно сливались в плотных звёздных скоплениях.
«Главный вопрос теперь в том, говорят ли эти чёрные дыры, что наши модели звёздной эволюции ошибочны, или же они возникают другим путём?» — сказал руководитель исследования Фабио Антонини (Fabio Antonini) из Кардиффского университета.
Источник:
