Обнаружено самое массивное столкновение черных дыр

Научное сотрудничество LIGO и Virgo обнаружило гравитационные волны, исходящие от самого массивного столкновения черных дыр, которое когда-либо было зарегистрировано. Конечный результат создал гигантскую черную дыру, принадлежащую к новому классу.

Гравитационные волны — колебания в самой ткани пространства и времени создаются одними из самых мощных катаклизмов в космосе, обычно при столкновении черных дыр или нейтронных звезд.

За пять лет, прошедших со дня их открытия, LIGO и другие объекты, такие как Virgo, обнаружили десятки сигналов гравитационных волн. И теперь ученые уловили сигнал от гигантского столкновения, в результате которого образовалась новая черная дыра, более чем вдвое превышающая массу любой другой, когда-либо обнаруженной с помощью гравитационных волн.

Сигнал, известный как GW190521, был обнаружен 21 мая 2019 года и принял форму четырех коротких покачиваний, которые длились менее одной десятой секунды. Похоже, что это были ударные волны столкновения, которое произошло около шести миллиардов лет назад между двумя черными дырами с массами примерно в 65 и 85 раз больше массы Солнца.

Образовавшаяся черная дыра имеет массу в 142 раза превышающую массу Солнца, а недостающие восемь масс Солнца были преобразованы в энергию и унесены в виде гравитационных волн.

Это означает, что все три задействованные черные дыры — два прародителя и результат слияния — были гораздо более массивными, чем любые другие, обнаруженные с помощью гравитационных волн до сих пор. Предыдущим рекордом было событие под названием GW170729, в ходе которого черные дыры массой 50 и 34 солнечной массы столкнулись и образовали черную дыру массой в 80 солнц.

Но это массовое столкновение — не просто новая цифра — оно фактически поднимает несколько фундаментальных вопросов о черных дырах. В частности, вновь возникшая черная дыра попадает прямо в «разрыв масс», где черные дыры обычно не встречаются.

Черные дыры, как мы их знаем, обычно делятся на две категории: есть черные дыры звездной массы, которые имеют массу от пяти до нескольких десятков солнечных масс. А еще есть сверхмассивные черные дыры с массой в миллионы или даже миллиарды Солнц. Это оставляет довольно большой промежуток посередине.

Астрономы выдвинули гипотезу о том, что в этом промежутке могут скрываться черные дыры промежуточной массы (IMBH) с массами от 100 до 10 000 масс Солнца. И хотя некоторые свидетельства существования этих средневесов были обнаружены в прошлом, их существование еще предстоит подтвердить.

Обладая массой в 142 Солнца, новая черная дыра точно попадает на территорию IMBH, и эти гравитационные волны являются лучшим доказательством этого на сегодняшний день.

Но это не единственная странность: при массе в 85 солнц, большая из двух столкнувшихся черных дыр также была слишком большой, чтобы образоваться из звезды, превращающейся в сверхновую. Вместо этого ученые предполагают, что в прошлом она также поглотила несколько более мелких черных дыр.

Этот сценарий предлагает возможный механизм образования сверхмассивных черных дыр. Черные дыры звездной массы могут просто продолжать сталкиваться миллионы и миллиарды лет, становясь все больше и больше, пока у них не будет массы, достаточной для удержания целых галактик.

«Это огромный шаг к пониманию связи между меньшими черными дырами, которые были замечены детекторами гравитационных волн, и массивными черными дырами, обнаруженными в центре галактик», — говорит Дэвид Оттэуэй, соавтор исследования.