Ученые раскрыли механизм формирования сверхмассивных черных дыр
Новое исследование, основанное на данных каталога гравитационных волн GWTC4, доказывает, что самые массивные черные дыры возникают в результате серии последовательных столкновений внутри плотных звездных скоплений. Этот процесс, называемый «иерархическим слиянием», объясняет существование объектов, которые невозможно получить путем обычного коллапса звезд.
Самые массивные черные дыры, обнаруженные с помощью гравитационных волн, образовались не напрямую в результате коллапса звезд, а, по всей видимости, создавались постепенно в ходе серии чрезвычайно жестоких столкновений. Об этом свидетельствует новое исследование, проведенное под руководством Кардиффского университета в Великобритании.
Работа основывалась на данных каталога событий гравитационных волн GWTC4, включающего 153 подтвержденных случая слияния черных дыр. Исследователи выявили две различные популяции объектов: группу с относительно низкой массой, соответствующую модели коллапса массивных звезд, и вторую группу, значительно более тяжелую, чьи характеристики вращения указывают на формирование в результате «иерархических слияний» внутри плотных звездных скоплений.
Гравитационные волны — это микроскопические возмущения пространства-времени, возникающие при столкновении массивных объектов. С момента их первого обнаружения в 2015 году они стали ключевым инструментом изучения эволюции Вселенной.
Доктор Изобель Ромеро-Шоу, соавтор исследования из Кардиффского университета, отметила:
«Черные дыры с большой массой четко выделяются как отдельная популяция с быстрым вращением в случайных направлениях. Это именно тот признак, который ожидается увидеть, когда черные дыры неоднократно сливаются внутри плотных звездных скоплений.»
Исследование также предоставляет одни из самых убедительных на сегодняшний день доказательств существования «разрыва масс» — теоретического диапазона, в котором черные дыры не должны образовываться напрямую в результате коллапса звезд. Согласно принятым моделям, массивные звезды распадаются в ходе мощных взрывов до того, как успевают сколлапсировать в черную дыру. Ученые установили, что этот разрыв начинается примерно с 45 масс Солнца.
Доктор Фабио Антонини, ведущий автор исследования, пояснил:
«Крупнейшие черные дыры в текущей выборке свидетельствуют о динамике звездных скоплений, а не только об обычной эволюции звезд. Трудно объяснить паттерны их вращения выше 45 масс Солнца только с помощью обычных звездных систем, но это естественным образом соответствует ситуации, когда черные дыры прошли через предыдущие слияния.»
По словам исследователей, внутри особо плотных скоплений, где миллионы звезд и черных дыр спрессованы в ограниченном пространстве, повторные столкновения могут постепенно создавать «космических монстров», достигающих сотен тысяч масс Солнца, даже без необходимости аккреции газа, как предполагалось ранее.
