Самые массивные черные дыры образуются в активных звездных скоплениях после серии бурных слияний, показало исследование

Международная группа исследователей утверждает, что самые массивные черные дыры Вселенной образовались не непосредственно в результате коллапса звезд, а в результате серии повторяющихся и чрезвычайно мощных столкновений в очень густонаселенных звездных скоплениях.

Об этом рассказывают в Кардиффском университете, передают OstanniPodii.com.

В своем исследовании ученые проанализировали версию 4.0 Каталога транзиентных гравитационных волн (GWTC4) LIGO–Virgo–KAGRA, содержащего 153 достаточно достоверных обнаружения слияний черных дыр.

Новости по подобной теме:

		После длительных поисков обнаружен ветер центральной черной дыры Млечного Пути
		«Уэбб» обнаружил черную дыру, образовавшуюся раньше, чем ее галактика
		Разработана новая методика раскрытия тайн «звенящих» черных дыр

Команда хотела проверить гипотезу, что самые тяжелые черные дыры в GWTC-4 являются объектами второго поколения, образовавшимися в результате слияния предыдущих черных дыр, а затем повторного слияния в плотных ядрах звездных скоплений, где звезды могут быть упакованы в миллион раз плотнее, чем в окрестностях Солнца.

В их результатах, опубликованных в журнале Nature Astronomy, описано исследование происхождения самых тяжелых черных дыр, обнаруженных с помощью гравитационных волн, и выявлены две отдельные популяции.

На основе данных о гравитационных волнах команда обнаружила:

• группу объектов с меньшей массой, что соответствует обычному коллапсу звезд;
• группу объектов с большей массой, вращение которых полностью совпадает с прогнозами относительно иерархических слияний в плотных звездных скоплениях.

«Больше всего нас удивило то, насколько четко черные дыры с большой массой выделяются как отдельная группа», — вспоминает соавтор исследования доктор Изобель Ромеро-Шоу, стипендиатка программы имени Эрнеста Резерфорда в Кардиффском университете.

«В отличие от систем с меньшей массой, которые мы анализировали и которые, как правило, вращались медленно, системы с большей массой соответствуют более быстрому вращению, ориентированному в, казалось бы, случайных направлениях. Это именно тот признак, которого можно было бы ожидать, если бы черные дыры неоднократно сливаются в плотных звездных скоплениях. Это делает происхождение из скоплений гораздо более убедительным, чем это было в предыдущих каталогах».

Исследование также предоставляет наиболее убедительные на сегодняшний день доказательства существования так называемого «массового разрыва», при котором чрезвычайно массивные звезды преимущественно катастрофически взрываются, а не коллапсируют в черные дыры.

Эта давно предсказанная теория описывает запрещенный диапазон масс для черных дыр, образованных непосредственно из звезд, где очень массивные звезды, как ожидается, разрушаются, прежде чем коллапсировать с образованием черной дыры.

Команда точно определяет этот диапазон в популяции черных дыр звездного происхождения, масса которых в 45 раз превышает массу Солнца и выше.

Ведущий автор д-р Фабио Антонини сказал: «В нашем исследовании мы нашли доказательства давно предсказанного массового разрыва нестабильности пар — диапазона масс, в котором, как ожидается, звезды вообще не оставляют после себя черных дыр. Детекторы гравитационных волн успешно обнаружили черные дыры, которые, как представляется, находятся в этом разрыве или вблизи него, который мы определяем примерно на уровне 45 солнечных масс.

Итак, главный вопрос сейчас заключается в том, указывают ли эти черные дыры на то, что наши модели эволюции звезд ошибочны, или они образуются иным образом?

Самые большие черные дыры в текущей выборке, похоже, свидетельствуют о динамике скоплений, а не только об эволюции звезд.

Выше примерно 45 солнечных масс распределение спина (статистический анализ того, как быстро вращаются черные дыры во Вселенной, — ред.) меняется таким образом, что это трудно объяснить только обычными звездными двойными системами, но это естественно объясняется, если эти черные дыры уже прошли предыдущие слияния в плотных скоплениях».

Команда также использовала этот переход, чтобы пролить свет на важную ядерную реакцию, связанную со сжиганием гелия внутри массивных звезд.

«В будущем данные о гравитационных волнах могут помочь ученым изучать ядерную физику, поскольку предел массы, установленный нестабильностью пар, зависит от ядерных реакций, происходящих в ядрах массивных звезд», — добавила соавтор исследования доктор Фани Досопулу из Кардиффского университета.

• Черные дыры