Во Вселенной нашли звезды, которые превращаются в черные дыры без взрыва
В журнале Physical Review D опубликовано исследование, авторы которого обнаружили возможные признаки особой группы черных дыр. Эти объекты могли образоваться без взрыва сверхновой — в результате прямого коллапса массивных звезд. К такому выводу ученые пришли, проанализировав данные сети гравитационно-волновых обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA. Прямых доказательств существования таких черных дыр пока нет, но наблюдения согласуются с теоретическими прогнозами.
Не все звезды заканчивают жизнь взрывом
Когда массивная звезда исчерпывает запасы топлива, ее ядро сжимается под действием собственной гравитации. Обычно этот процесс сопровождается мощным взрывом сверхновой, который выбрасывает большую часть вещества звезды в космос. Оставшееся ядро превращается в нейтронную звезду или черную дыру.
Но возможен и другой сценарий. Согласно некоторым теориям, отдельные массивные звезды могут не взрываться, а почти целиком схлопываться под действием гравитации. Такое событие называют неудавшейся, или «тихой», сверхновой. Звезда исчезает, оставляя после себя компактный объект.
Астрономам пока не удалось достоверно зафиксировать подобную гибель звезды. При этом теоретические модели предполагают, что результатом таких процессов может стать многочисленная группа черных дыр массой примерно в десять раз больше Солнца.
В данных обнаружили необычный разрыв
Исследователи изучили характеристики 257 слияний черных дыр, зарегистрированных сетью LIGO–Virgo–KAGRA за десять лет наблюдений. Гравитационные волны — колебания пространства-времени — позволяют обнаруживать такие события и оценивать массу и вращение участвующих в них объектов.
Оказалось, что около трех четвертей черных дыр из изученной выборки имеют массу примерно в десять солнечных. При этом в диапазоне от 12 до 16 масс Солнца подобных объектов заметно меньше. По словам ученых, ранее такую отчетливую нехватку черных дыр в этом интервале не выделяли.
«Мы постоянно наблюдаем слияния черных дыр массой около десяти Солнц. Но почему, например, объекты массой в 14 Солнц встречаются так редко? Разрыв в распределении масс указывает на то, что для образования большого количества черных дыр массой около десяти Солнц может требоваться особое сочетание физических процессов внутри звезд», — объяснил первый автор исследования Айзек Легред.
Команда также сравнила скорость вращения черных дыр. У объектов с массой около десяти Солнц она оказалась сосредоточена в более узком диапазоне, чем у остальных участников выборки. Это еще один аргумент в пользу того, что такие черные дыры могут иметь общее происхождение.
Следы звезд, которые исчезли без взрыва
Руководитель исследования, профессор физики Катерина Чациоанну, считает, что у этой группы черных дыр может быть особый механизм формирования — возможно, без взрыва сверхновой.
«Подавляющее большинство сливающихся черных дыр во Вселенной имеют массу примерно в десять раз больше солнечной. Наши данные показывают, что у этой группы может быть общее происхождение. Возможно, они составляют отдельную популяцию объектов, появившихся после неудавшихся сверхновых», — отметила исследовательница.
Изучать такие события по обычным астрономическим наблюдениям сложно. Если звезда схлопывается без яркого взрыва, она просто исчезает, не оставляя заметной вспышки. Поэтому гравитационные волны могут стать одним из способов обнаружить следы подобных процессов.
Авторы подчеркивают, что результаты пока не доказывают существование неудавшихся сверхновых. Они лишь показывают, что наблюдаемое распределение масс и скоростей вращения черных дыр согласуется с этой гипотезой. Для подтверждения сценария потребуются новые наблюдения и исследования.