Астрофизики уже достаточно давно сошлись во мнении, что черные дыры (ЧД) делятся на сверхмассивные (СМЧД, весящие как миллионы или миллиарды солнц и находящиеся в центрах галактик) и объекты звездной массы, возможно, превосходящие Солнце в десятки или в сотни, но не в миллионы раз. СМЧД, скорее всего, произошли в результате коллапса гигантских газопылевых облаков, которые по необъяснимому капризу природы породили не миллионы звезд, а одно прожорливое чудовище.
Дыры звездной массы образуются в результате коллапса крупных эволюционировавших светил, причем он может иметь два сценария — со взрывом сверхновой и «по-тихому», с превращением сразу в черную дыру. При таком превращении даже очень большая звезда значительно теряет в массе и размерах. Новорожденная черная дыра легче звезды-предшественника, хотя плотность вещества в ней в миллиарды раз выше. Потому собственно она и черная — гравитация крошечного объекта настолько сильна, что не выпускает из-за горизонта событий почти никакого излучения (кроме гипотетического излучения Хокинга).
Но возник вопрос — откуда берутся черные дыры, не попадающие в разряд сверхмассивных, но превышающие «разумный» предел черных дыр звездной массы? Гравитационные волны позволили астрономам разработать теорию происхождение таких «переростков». Международная группа исследователей пришла к выводу, что многие из этих объектов не появились напрямую после гибели массивных звезд, а выросли в результате серии последовательных слияний с другими черными дырами в чрезвычайно плотных звездных скоплениях. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Следы столкновений отразились на вращении черных дыр
Авторы проанализировали четвертую версию каталога гравитационно-волновых событий LIGO-Virgo-KAGRA (GWTC-4), включающего 153 достоверно зарегистрированных слияния ЧД. Главной целью было проверить гипотезу о существовании объектов второго поколения — черных дыр, которые уже однажды пережили слияние, а затем вновь столкнулись со своими «аналогами».
Результаты показали существование двух четко различимых популяций. Менее массивные ЧД обладают очень низкими угловыми скоростями, что соответствует их появлению и эволюции после коллапса отдельных звезд. Напротив, более тяжелые объекты демонстрируют значительно более высокие скорости вращения и случайную ориентацию осей. Именно такие характеристики предсказывают модели неоднократных последовательных слияний в плотных шаровых скоплениях, где звезды прижаты друг к другу как селедки в бочке — в сотни тысяч и даже миллионы раз плотнее, чем в окрестностях Солнца. Иначе говоря, самые тяжелые черные дыры звездной массы должны быть «многократно слившимися».
Если нельзя увидеть — надо слушать
Исследователи отмечают, что гравитационно-волновая астрономия постепенно превращается из инструмента регистрации отдельных столкновений в способ комплексного изучения эволюции черных дыр. По особенностям массы и вращения теперь можно восстанавливать историю их формирования и условия, существовавшие в звездных скоплениях миллиарды лет назад. Полученные результаты также помогают проверить современные модели эволюции массивных звезд и объяснить происхождение черных дыр, масса которых превышает пределы, ожидаемые при обычном звездном коллапсе.
Опубликованные в последние месяцы результаты анализа еще более крупного каталога GWTC-5 уже содержат около 390 зарегистрированных событий слияния компактных объектов и продолжают укреплять вывод о существовании нескольких различных популяций черных дыр. Это означает, что по мере накопления данных ученые смогут еще точнее проследить их родословные.
По словам руководителя исследования Фабио Антонини, гравитационно-волновая астрономия уже не просто подсчитывает слияния черных дыр, а начинает показывать, как именно они растут, где формируются. Все это позволяет узнать о жизни и смерти массивных звезд и о судьбе их «реинкарнаций».
Согласно другой астрофизической теории, столкновения черных дыр — это крайнее проявление термодинамического закона энтропии. Впрочем, друг другу эти теории не противоречат.
Источник: hi-tech.mail.ru