В 40 раз тяжелее Солнца: в космосе заметили черные дыры второго поколения

С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году детекторы LIGO, Virgo и KAGRA зафиксировали сотни сигналов от столкновений черных дыр. Однако, несмотря на обилие данных, фундаментальный вопрос астрофизики оставался открытым: как именно формируются эти загадочные двойные космические объекты?

Недавно две независимые группы ученых применили новые теоретические подходы к анализу накопленных данных и пришли к общему выводу. Публикации в журнале Physical Review Letters, доказывают: сливающиеся черные дыры — неоднородная группа. Они делятся на отдельные подпопуляции, каждая из которых хранит следы своего уникального эволюционного пути.

Подсказки в пространстве-времени

Каждый раз, когда две черные дыры сближаются по спирали и сливаются, возникающая рябь пространства-времени несет информацию об их массе, скорости и направлении вращения. Астрономы научились извлекать информацию об этих свойствах, но общая картина долго оставалась неполной.

Дело в том, что одни двойные системы черных дыр формируются из пар звезд, которые жили и умирали вместе. Другие же сходятся случайно в густонаселенных звездных скоплениях. Поскольку эти два пути оставляют разные следы на показателях массы и вращения, ученым было крайне сложно выявить закономерности среди сотен разрозненных сигналов.

Два пути к одному открытию

Первая команда под руководством Кейлин Планкетт из Массачусетского технологического института (США) разработала модель, сфокусированную на двух наиболее точно измеряемых параметрах вращения. Это позволило понять, как вращение черной дыры соотносится с ее орбитальным движением. Второе исследование, которое возглавил Шаран Банагири из Университета Монаша (Австралия), опиралось на открытый подход: ученые позволили самим данным продиктовать количество скрытых групп без предварительных гипотез.

Несмотря на разные отправные точки, обе команды обнаружили популяцию необычно массивных черных дыр, которые резко выделялись на общем фоне. Вес каждого такого «тяжеловеса» примерно в 40 раз или более превышал массу нашего Солнца.

Черные дыры второго поколения

Группа Планкетт выяснила, что эти гиганты обладают быстрым и хаотичным вращением. Это указывает на то, что они образовались в результате предыдущих слияний, а не из-за коллапса обычных звезд. Команда Банагири подтвердила этот порог массы и высокую скорость вращения, хотя и высказала долю осторожности в интерпретации причин.

В совокупности эти результаты предоставляют самые убедительные на сегодняшний день доказательства существования черных дыр «второго поколения».

Открытие помогает объяснить, как объекты достигают невозможных для звезд масс и размеров и как зарождались семена сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.