Ученые Кардиффского университета выяснили, что крупнейшие черные дыры Вселенной возникли не при коллапсе одиночных звезд, а в результате многократных столкновений в плотных звездных скоплениях. Об этом 8 мая сообщили в журнале Science Daily.
«Гравитационно-волновая астрономия теперь делает больше, чем просто считает слияния черных дыр. Она начинает раскрывать, как они растут, где растут и что это говорит нам о жизни и гибели массивных звезд», — рассказал ведущий автор работы, доктор Фабио Антонини из Школы физики и астрономии Кардиффского университета.
В основе исследования — четвертая версия каталога гравитационно-волновых сигналов GWTC4, составленного коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA. В каталоге зафиксированы 153 подтвержденных события слияния черных дыр. Ученые проверяли, не являются ли наиболее массивные из зарегистрированных черных дыр объектами «второго поколения» — то есть продуктами повторных слияний уже существующих черных дыр в среде, где звезды упакованы до миллиона раз плотнее, чем вокруг Солнца.
По итогам анализа команда разделила выборку на два отчетливых класса. Первый — черные дыры меньших масс, чей облик согласуется с обычным звездным коллапсом. Второй — более тяжелые объекты с аномально быстрым и хаотично направленным вращением. Соавтор исследования, доктор Изобел Ромеро-Шоу пояснила, что именно такую картину спинов и предсказывает теория иерархических слияний в плотных скоплениях.
«Нас удивило, насколько четко высокомассовые черные дыры выделяются как отдельная популяция. В отличие от маломассивных систем с медленным вращением у них наблюдается быстрый спин в случайных направлениях — именно такой сигнатуры стоит ожидать от объектов, прошедших через повторные слияния в плотных скоплениях», — отметила она.
Исследование подтвердило существование предсказанного теорией «зазора масс» — диапазона, в котором звезды при взрыве разрушают себя полностью, не оставляя черных дыр. Граница зазора, по данным авторов, проходит около 45 солнечных масс. Именно здесь характер вращения черных дыр резко меняется — и это трудно объяснить стандартными двойными звездными системами, зато хорошо вписывается в динамику скоплений.
Соавтор исследования доктор Фани Досопулу добавила, что в перспективе данные гравитационных волн могут помочь изучать ядерные реакции внутри массивных звезд — поскольку граница зазора масс зависит от процессов горения гелия в их ядрах.
Журнал Science Focus сообщил, что астрономы обнаружили в галактике Маркарян 501, расположенной в 500 млн световых лет от Земли, пару сверхмассивных черных дыр, вращающихся друг вокруг друга и движущихся к неизбежному слиянию. По расчетам исследователей Института радиоастрономии Макса Планка, столкновение может произойти уже через 100 лет.