На расстоянии 7 миллиардов световых лет от нас произошло столкновение черных дыр, зафиксированное с помощью гравитационных волн. В ряду прочих таких столкновений оно примечательно тем, что восполнило пробелы сразу в двух областях.
Во-первых, образовалась черная дыра средней массы, которые практически неуловимы и фиксировались только косвенными путями – мы о них рассказывали. Во-вторых, одной из участниц столкновения стала черная дыра, находящаяся за «пределом масс», то есть находящаяся между категориями черных дыр звездной массы и промежуточных черных дыр. Такие ранее не обнаруживались.
Сигнал от слияния этих объектов был зафиксирован детекторами LIGO и Virgo 21 мая 2019 года. Он был очень коротким по сравнению с другими сигналами, поэтому потребовалась тщательная работа по его анализу. В итоге удалось выяснить, что после столкновения образовалась черная дыра массой в 142 солнечных, а массы столкнувшихся черных дыр составляли 66 и 85 солнечных. Это самое «массивное» столкновение из тех, что когда-либо фиксировали детекторы гравитационных волн.
«С самого начала этот сигнал продолжительностью всего в одну десятую секунду нас озадачил, - сказала физик-теоретик Алессандра Буонанно из Института Макса Планка и Университета Мэриленда. – Но несмотря на его непродолжительность, нам удалось сопоставить сигнал с тем, что предсказывает теория относительности. Мы поняли, что впервые стали свидетелями рождения черной дыры средней массы от исходной черной дыры, которая сама, скорее всего, родилась в результате более раннего слияния двойного объекта».
Гравитационный сигнал GW190521 стал, по сути, первым прямым наблюдением проявления черной дыры средней массы. Они должны занимать промежуточное звено между черными дырами звездных масс, которые проявляют себя в двойных системах и образуются после коллапса массивных звезд, а также сверхмассивными черными дырами, которые проявляют себя, пожирая огромные массы вещества, например, в центрах галактик.
Но и одна из исходных черных дыр – массой в 85 солнечных – тоже необычна. Поскольку модели предсказывают, что черные дыры массой более 65 солнечных не могут образовываться в результате коллапса одной массивной звезды. Дело в том, что более массивные черные дыры должны образоваться в результате взрыва настолько крупной звезды, что эта сверхновая полностью должна уничтожить ядро, не оставив ничего, что могло бы схлопнуться в черную дыру. Это и называют «верхним пределом массы» («нижний предел массы» описывает массовый зазор между самыми легкими черными дырами и самыми тяжелыми нейтронными звездами – объекты в этом зазоре тоже очень редки, но недавно обнаруживались). Черная дыра массой в 85 солнечных, участвовавшая в столкновении GW190521, стала первой за «верхним пределом масс». Это и наталкивает ученых на мысль о том, что она сама ранее образовалась в результате слияния вполне «обычных» черных дыр звездной массы.
