по материалам nature
С помощью гравитационных волн астрономы обнаружили самое мощное, самое далекое и самое загадочное столкновение черных дыр.
Из двух гигантов, которые слились, когда Вселенная была вдвое меньше нынешнего возраста, по крайней мере, один - весивший в 85 раз больше Солнца - имел массу, которая считалась слишком большой, чтобы участвовать в таком событии.
По оценкам исследователей, в результате слияния образовалась черная дыра массой около 150 солнечных, что поставило ее в диапазон, в котором черные дыры никогда не наблюдались раньше.
«Все в этом открытии ошеломляет», - говорит Саймон Портегиес Цварт, вычислительный астрофизик из Лейденского университета в Нидерландах. В частности, по его словам, это подтверждает существование черных дыр «промежуточной массы»: объекты, намного более массивные, чем типичная звезда, но не такие большие, как сверхмассивные черные дыры, населяющие центры галактик.
Илья Мандель, астрофизик-теоретик из Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, называет открытие «удивительно неожиданным».
Запрещенные массы
С 2015 года LIGO и Virgo открывают новые горизонты космоса, обнаруживая гравитационные волны. Эта рябь в ткани пространства-времени может выявить такие события, как слияние черных дыр, которые обычно не были бы видны в обычные телескопы.
По свойствам гравитационных волн, например по тому, как они меняют высоту звука, астрофизики могут оценить размеры и другие характеристики объектов, которые их породили, когда они спирально переходили друг в друга. Это произвело революцию в изучении черных дыр, предоставив прямые доказательства существования десятков этих объектов, масса которых варьируется от нескольких до примерно 50 масс Солнца.
Эти массы соответствуют черным дырам, которые образовались «обычным» способом - когда у очень большой звезды заканчивается топливо для сгорания, и она коллапсирует под собственным весом.
Но традиционная теория гласит, что при коллапсе звезды не должны образовываться черные дыры массой от 65 до 120 солнечных.
Это потому, что к концу своей жизни звезды определенного диапазона размеров становятся настолько горячими в своих центрах, что начинают преобразовывать фотоны в пары частиц и античастиц - явление, называемое нестабильностью пар. Это вызывает взрывное слияние ядер кислорода, которое разрывает звезду на части и полностью разрушает ее.
В своем последнем открытии детекторы LIGO и Virgo уловили только последние четыре волны, создаваемые спиралевидными черными дырами, с частотой, которая увеличивалась с 30 до 80 Гц за одну десятую секунды. В то время как относительно меньшие черные дыры продолжают «щебетать» до более высоких частот, очень большие сливаются раньше и едва попадают в нижнюю часть диапазона частот, к которому чувствительны детекторы.
Нетрадиционные черные дыры
Чтобы объяснить свои наблюдения, исследователи LIGO рассмотрели ряд возможностей, в том числе то, что черные дыры существовали с незапамятных времен. На протяжении десятилетий исследователи предполагали, что такие «изначальные» черные дыры могли спонтанно образоваться в широком диапазоне размеров вскоре после Большого взрыва.
Основной сценарий, который предполагала команда, заключается в том, что черные дыры стали такими большими, потому что сами были результатом более ранних слияний черных дыр. Черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд, должны кишеть внутри плотных звездных скоплений, и в принципе они могут подвергаться многократным слияниям. Но даже этот сценарий проблематичен, потому что после первого слияния образовавшаяся черная дыра, как правило, должна получить толчок от гравитационных волн и вылететь из кластера. Лишь в редких случаях черная дыра могла оставаться в области, где она могла подвергнуться новому слиянию.
По словам де Минка, последовательные слияния были бы более вероятными, если бы черные дыры населяли густонаселенную центральную область их галактики, где гравитация достаточно сильна, чтобы предотвратить вылет отскакивающих объектов.
Неизвестно, в какой галактике произошло слияние. Но примерно в том же районе неба группа исследователей заметила квазар - чрезвычайно яркий галактический центр, питаемый сверхмассивной черной дырой - примерно через месяц после GW190521. Вспышка могла быть ударной волной в горячем газе квазара, образовавшейся отскакивающей черной дырой.
Всем спасибо за уделенное время.
Поддержите молодой канал, ставьте лайки, подписывайтесь!
Читайте другие статьи на канале: Россия лучше всего подходит для спасения климата земли
или узнайте почему: Китай и Индия против США. 3D-карты показывают скопления населения мира
