Объяснение: две черные дыры слились миллиарды лет назад, но сейчас это вызывает недоумение у ученых.

LIGO и Дева обнаруживают сигналы от гравитационных волн, возникающих в результате слияния. Одна из двух родительских черных дыр имела необычную промежуточную массу, что бросает вызов традиционным научным знаниям. Что вообще понимают, и чем объясняется такой необычный размер?

Художественная концепция, иллюстрирующая иерархическую схему слияния черных дыр. (Источник: LIGO / Caltech / MIT / R Hurt [IPAC])

Миллиарды лет назад столкновение двух черных дыр вызвало колебания гравитационных волн по Вселенной. В 2019 году сигналы от этих волн были обнаружен в обсерватории гравитационных волн LIGO (США) и детектор Virgo (Италия).

Однако ученых взволновала масса одной из родительских черных дыр, которая бросает вызов традиционным знаниям о том, как образуются черные дыры.

Открытие и анализ описаны в двух научных статьях. Один в Письма с физическими проверками , подробно описывает открытие и предлагает возможные пути, по которым могло произойти необычное слияние. Другой документ, в Письма в астрофизический журнал , обсуждает физические свойства сигнала.

Что именно было обнаружено?

Это был сигнал гравитационной волны - относительно новая область открытий. Гравитационные волны - это невидимые волны, которые образуются, когда звезда взрывается сверхновой; когда две большие звезды вращаются вокруг друг друга; и когда сливаются две черные дыры. Двигаясь со скоростью света, гравитационные волны сжимают и растягивают все на своем пути.

Гравитационные волны были предложены Альбертом Эйнштейном в его Общей теории относительности более века назад. Однако только в 2015 году первая гравитационная волна была обнаружена LIGO. С тех пор было несколько последующих обнаружений гравитационных волн.

Сигнал, обнаруженный в LIGO и Virgo, как описано LIGO Collaboration, напоминал четыре коротких покачивания и длился менее одной десятой секунды.

Откуда это?

Последующий анализ показал, что GW190521, скорее всего, образовался в результате слияния двух черных дыр. Сигнал, вероятно, представлял тот момент, когда они слились. Было подсчитано, что он появился на расстоянии примерно 17 миллиардов световых лет от того времени, когда Вселенная была примерно вдвое моложе.

Но эти результаты породили дополнительные вопросы. Одна из двух сливающихся черных дыр попадает в промежуточный диапазон масс - несоответствие, которое нельзя объяснить традиционными знаниями о том, как образуются черные дыры.

Почему это необычно?

Все наблюдаемые черные дыры относятся к одной из двух категорий. Одна категория колеблется от нескольких масс Солнца (одна масса Солнца - это масса нашего Солнца) до десятков масс Солнца. Считается, что они образуются, когда умирают массивные звезды.

Другая категория - сверхмассивные черные дыры. Они варьируются от сотен тысяч до миллиардов раз больше, чем у нашего Солнца.

Согласно традиционным знаниям, звезды, которые могут породить черные дыры с массой от 65 до 120 солнечных, этого не делают - звезды в этом диапазоне разлетаются на части, когда умирают, не коллапсируя в черную дыру.

Но в результате слияния, которое привело к сигналу GW190521, большая черная дыра имела массу в 85 солнечных - вполне в этом неожиданном диапазоне, известном как разрыв масс парной нестабильности. Это первая когда-либо наблюдаемая черная дыра промежуточной массы. (На самом деле, меньшая черная дыра тоже находится на границе с массой 66 солнечных.)

Они объединились, чтобы создать новую черную дыру массой около 142 солнечных. Энергия, эквивалентная восьми солнечным массам, была выпущена в виде гравитационных волн, что привело к самой сильной из когда-либо обнаруженных учеными.

Как могла образоваться черная дыра необычной массы?

Исследователи предполагают, что черная дыра массой 85 солнечных не была продуктом коллапсирующей звезды, а сама была результатом предыдущего слияния. Образовавшаяся в результате столкновения двух черных дыр, вполне вероятно, что новая черная дыра затем слилась с черной дырой с массой 66 солнечных, что привело к гравитационным волнам и сигналу, полученному LIGO и Virgo.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ: