23 ноября 2023 года детекторы LIGO в Хэнфорде (Вашингтон) и Ливингстоне (Луизиана) зафиксировали гравитационные волны от беспрецедентного события: слияния двух невероятно массивных черных дыр. Одна обладала массой около 140 солнечных, другая – около 100 солнечных масс. Это самый тяжелый дуэт черных дыр из когда-либо подтвержденных в столкновении.
Результатом слияния стала черная дыра массой примерно 225 солнечных масс. Однако главная сенсация – массы исходных объектов. Они бросают вызов устоявшимся теориям формирования черных дыр. Стандартный механизм – коллапс массивных звезд – не должен создавать черные дыры тяжелее примерно 60 солнечных масс. Существует предсказанный «массовый разрыв» между 60 и 130 солнечными массами, где звезды должны взрываться полностью, не оставляя черной дыры. Неопределенности в оценках масс показывают, что одна, а возможно и обе черные дыры попадают в этот «запретный» диапазон. «Мы не думаем, что возможно сформировать черные дыры таких масс обычным механизмом», – заявил Марк Ханнам, физик из Кардиффского университета (Уэльс), участник коллаборации LIGO. Отчет об открытии был опубликован 13 июля на , его представление запланировано на 14 июля на конференциях в Глазго.
Это требует альтернативных сценариев происхождения. Первый вариант – иерархические слияния. Каждая из столкнувшихся дыр сама могла возникнуть в результате более ранних слияний меньших черных дыр в плотных скоплениях звезд. В пользу этого говорят экстремально высокие спины черных дыр: один вращался со скоростью ~90% от теоретического максимума, другой – ~80%. «Мы видели признаки подобного и раньше, но ничего столь экстремального, как это», – отметил Ханнам. Однако астрофизик Коул Миллер из Университета Мэриленда указывает на проблему: множественные слияния могут приводить к меньшим спинам из-за хаотичного направления вращения предшественниц.
Второй сценарий – рост в активных галактических ядрах (AGN). Черные дыры могли набрать массу, поглощая газ в диске вокруг сверхмассивной черной дыры, прежде чем слиться друг с другом. Но и здесь Миллер видит сложность: слабый намек на неидеальную сонаправленность спинов сливающихся дыр не вполне соответствует ожиданиям от формирования в общем газовом диске. Ни один механизм не объясняет событие идеально, но ни один и не исключен полностью. Теоретически возможно, что одна дыра была выше массового разрыва, а другая – ниже.
Анализ события затруднен. Из-за огромной массы гравитационные волны от последних ~0,1 секунд перед слиянием попали в чувствительный диапазон LIGO слишком поздно. Существующие модели интерпретации сигнала, рассчитанные на менее экстремальные случаи, дали неполное согласие. Это привело к большей неопределенности в точных характеристиках черных дыр – их массах и спинах. Требуется дальнейшая работа.
Масштаб события подчеркивает контекст. Предыдущее самое массивное слияние, объявленное в 2020 году, породило черную дыру ~140 солнечных масс. Теперь же одна из исходных дыр в новой коллизии сама была сравнима по массе с результатом того прошлого рекорда.
Интересно, что астрофизик Каран Джани из Университета Вандербильта и его коллеги 28 мая сообщили в «Astrophysical Journal Letters» о возможном обнаружении в архивных данных LIGO свидетельств пяти дополнительных слияний, создавших черные дыры массой от ~100 до 300 солнечных масс. Эти объекты пока не подтверждены. «До открытий LIGO считалось, что столь массивные черные дыры не существуют... Очень волнующе, что теперь появилась новая популяция черных дыр такой массы», – прокомментировал Джани.
Изображение носит иллюстративный характер
Результатом слияния стала черная дыра массой примерно 225 солнечных масс. Однако главная сенсация – массы исходных объектов. Они бросают вызов устоявшимся теориям формирования черных дыр. Стандартный механизм – коллапс массивных звезд – не должен создавать черные дыры тяжелее примерно 60 солнечных масс. Существует предсказанный «массовый разрыв» между 60 и 130 солнечными массами, где звезды должны взрываться полностью, не оставляя черной дыры. Неопределенности в оценках масс показывают, что одна, а возможно и обе черные дыры попадают в этот «запретный» диапазон. «Мы не думаем, что возможно сформировать черные дыры таких масс обычным механизмом», – заявил Марк Ханнам, физик из Кардиффского университета (Уэльс), участник коллаборации LIGO. Отчет об открытии был опубликован 13 июля на , его представление запланировано на 14 июля на конференциях в Глазго.
Это требует альтернативных сценариев происхождения. Первый вариант – иерархические слияния. Каждая из столкнувшихся дыр сама могла возникнуть в результате более ранних слияний меньших черных дыр в плотных скоплениях звезд. В пользу этого говорят экстремально высокие спины черных дыр: один вращался со скоростью ~90% от теоретического максимума, другой – ~80%. «Мы видели признаки подобного и раньше, но ничего столь экстремального, как это», – отметил Ханнам. Однако астрофизик Коул Миллер из Университета Мэриленда указывает на проблему: множественные слияния могут приводить к меньшим спинам из-за хаотичного направления вращения предшественниц.
Второй сценарий – рост в активных галактических ядрах (AGN). Черные дыры могли набрать массу, поглощая газ в диске вокруг сверхмассивной черной дыры, прежде чем слиться друг с другом. Но и здесь Миллер видит сложность: слабый намек на неидеальную сонаправленность спинов сливающихся дыр не вполне соответствует ожиданиям от формирования в общем газовом диске. Ни один механизм не объясняет событие идеально, но ни один и не исключен полностью. Теоретически возможно, что одна дыра была выше массового разрыва, а другая – ниже.
Анализ события затруднен. Из-за огромной массы гравитационные волны от последних ~0,1 секунд перед слиянием попали в чувствительный диапазон LIGO слишком поздно. Существующие модели интерпретации сигнала, рассчитанные на менее экстремальные случаи, дали неполное согласие. Это привело к большей неопределенности в точных характеристиках черных дыр – их массах и спинах. Требуется дальнейшая работа.
Масштаб события подчеркивает контекст. Предыдущее самое массивное слияние, объявленное в 2020 году, породило черную дыру ~140 солнечных масс. Теперь же одна из исходных дыр в новой коллизии сама была сравнима по массе с результатом того прошлого рекорда.
Интересно, что астрофизик Каран Джани из Университета Вандербильта и его коллеги 28 мая сообщили в «Astrophysical Journal Letters» о возможном обнаружении в архивных данных LIGO свидетельств пяти дополнительных слияний, создавших черные дыры массой от ~100 до 300 солнечных масс. Эти объекты пока не подтверждены. «До открытий LIGO считалось, что столь массивные черные дыры не существуют... Очень волнующе, что теперь появилась новая популяция черных дыр такой массы», – прокомментировал Джани.
