Астрономы обнаружили, что сливающиеся черные дыры не образуют единую популяцию. Анализ данных гравитационно-волновых наблюдений показал существование как минимум трех разных подгрупп таких объектов, отличающихся массами, характером вращения и продолжительностью слияний. Исследование основано на каталоге GWTC-4 коллаборации LIGO–Virgo–KAGRA, содержащем более 150 зарегистрированных следов столкновений черных дыр.
Работа опубликована в препринте на платформе arXiv:
Три сценария объединения черных дыр
Первая и самая многочисленная группа составляет около 79% наблюдений. В нее входят относительно легкие черные дыры массой около 10 масс Солнца. Они вращаются медленно, а их оси почти совпадают с орбитой системы. Такие характеристики указывают, что объекты возникли из пары звезд, которые эволюционировали вместе и затем коллапсировали в черные дыры без внешних воздействий.
Вторая подгруппа включает примерно 14,5% систем и характеризуется средней массой около 35 солнечных. Их вращение более хаотично, а массы компонентов близки друг к другу. Исследователи связывают такие системы с плотными звездными средами — например, шаровыми скоплениями, где черные дыры могут захватывать друг друга под влиянием третьих сил.
Самая редкая третья популяция — около 2,5% — состоит из тяжелых систем с неравными массами и сложной динамикой вращения. Вероятно, они образуются в результате «иерархических» слияний, когда хотя бы одна из двух черных дыр уже является продуктом предыдущего столкновения.
Почему это важно
Если бы все слияния происходили одинаково, распределение масс и вращений было бы плавным. Однако в данных обнаружены выраженные пики в районе 10 и 35 солнечных масс, а также изменения поведения систем в диапазоне от 20 до 40 массах Солнца. Это указывает на существование нескольких путей формирования черных дыр.
Будущие наблюдения гравитационных волн помогут уточнить происхождение каждой подгруппы и проверить, насколько часто происходят повторные слияния. По мере роста числа обнаружений ученые рассчитывают точнее понять эволюцию звезд и механизм формирования самых массивных черных дыр.
Результаты смежных исследований
В крупнейших зарегистрированных слияниях участвовали черные дыры массой более 200 солнечных. Эти события проверяют пределы общей теории относительности. Наблюдения ранней Вселенной показывают, что частые слияния могли объяснить быстрый рост сверхмассивных черных дыр вскоре после Большого взрыва.
Радиообзоры неба выявляют миллионы активных объектов, потенциально связанных с черными дырами и их столкновениями, что расширяет возможности поиска подобных событий.
Недавно ученые пришли к выводу, что факты слияния черных дыр укладываются в рамки теории относительности Эйнштейна и последнюю пересматривать не надо.
Источник: hi-tech.mail.ru