Вселенная заполнена двумя известными типами черных дыр: сверхмассивными гигантами в центрах галактик и относительно небольшими черными дырами звездной массы, образующимися после смерти некоторых звезд. Между этими двумя категориями долгое время существовал пробел. Черные дыры промежуточной массы, масса которых составляет от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч масс Солнца, оставались неуловимыми, представляя собой открытый вопрос в астрофизике.
Группа астрономов под руководством Кристал и Карана при участии постдокторанта Анджали Йеликар разработала методику для «прослушивания» космоса в поисках этих объектов. Они используют данные Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Этот инструмент, описываемый как «одна из самых умопомрачительно сложных лазерных и оптических систем, когда-либо созданных», улавливает рябь в пространстве-времени — гравитационные волны.
Когда две «родительские» черные дыры сливаются в одну, более массивную, LIGO регистрирует этот катаклизм. Анализ сигнала позволяет определить массу исходных и конечной черных дыр, их расстояние и направление на небе. Исследователи сравнивают свою работу с попыткой посмотреть бейсбольный матч, сидя за колонной на оглушительно громком стадионе. Задача — выделить звук удара биты по мячу из общего шума.
Для решения этой задачи они используют высококачественный «микрофон» и компьютерный алгоритм. Их открытие сродни тому, как если бы среди обычных звуков ударов они услышали «стук», указывающий на то, что мяч был значительно больше и тяжелее разрешенного правилами. Именно такой аномальный сигнал в гравитационных волнах они и искали.
Ключ к пониманию важности их работы лежит в концепции «массового зазора». Согласно современным моделям, черные дыры образуются из звезд, масса которых составляет от двадцати до ста масс Солнца. Однако действительно массивные звезды взрываются иначе из-за сложной ядерной физики и не оставляют после себя черной дыры.
Это создает теоретический «массовый зазор»: черная дыра, масса которой превышает примерно шестьдесят масс Солнца, не может образоваться в результате коллапса одной звезды. Точная граница этого зазора все еще обсуждается, но астрофизики уверены в его существовании. Обнаружение объекта в этом диапазоне масс указывает на иной механизм его формирования.
Такие объекты исследователи назвали «легкими черными дырами промежуточной массы» (lite IMBHs). По определению, это «наименее массивные черные дыры, существование которых мы ожидаем из источников, отличных от звезд».
Проанализировав одиннадцать кандидатов на слияние черных дыр из данных третьего наблюдательного запуска LIGO, команда получила убедительные доказательства. Они с 90-процентной уверенностью идентифицировали пять черных дыр, образовавшихся после слияния, как «легкие» IMBH.
Самое важное открытие касалось «родительских» объектов. В одном из зафиксированных событий масса одной из исходных черных дыр находилась прямо в «массовом зазоре». В двух других событиях родительские черные дыры имели массу даже выше этого зазора.
Это означает, что во Вселенной существует альтернативный способ создания таких массивных объектов. Наиболее вероятный механизм — иерархическое слияние. Это процесс, при котором черная дыра, уже являющаяся продуктом предыдущего слияния, сливается с другой, постепенно наращивая свою массу и переходя в категорию, недостижимую для одиночных звезд.
Теперь команда планирует применить свой анализ к новому набору данных, полученному в ходе четвертого наблюдательного запуска LIGO. Цель — продолжить поиски «легких» IMBH, улучшить способность «слышать» сигналы от более массивных объектов и окончательно подтвердить существование этого класса черных дыр, проливая свет на их формирование.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа астрономов под руководством Кристал и Карана при участии постдокторанта Анджали Йеликар разработала методику для «прослушивания» космоса в поисках этих объектов. Они используют данные Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Этот инструмент, описываемый как «одна из самых умопомрачительно сложных лазерных и оптических систем, когда-либо созданных», улавливает рябь в пространстве-времени — гравитационные волны.
Когда две «родительские» черные дыры сливаются в одну, более массивную, LIGO регистрирует этот катаклизм. Анализ сигнала позволяет определить массу исходных и конечной черных дыр, их расстояние и направление на небе. Исследователи сравнивают свою работу с попыткой посмотреть бейсбольный матч, сидя за колонной на оглушительно громком стадионе. Задача — выделить звук удара биты по мячу из общего шума.
Для решения этой задачи они используют высококачественный «микрофон» и компьютерный алгоритм. Их открытие сродни тому, как если бы среди обычных звуков ударов они услышали «стук», указывающий на то, что мяч был значительно больше и тяжелее разрешенного правилами. Именно такой аномальный сигнал в гравитационных волнах они и искали.
Ключ к пониманию важности их работы лежит в концепции «массового зазора». Согласно современным моделям, черные дыры образуются из звезд, масса которых составляет от двадцати до ста масс Солнца. Однако действительно массивные звезды взрываются иначе из-за сложной ядерной физики и не оставляют после себя черной дыры.
Это создает теоретический «массовый зазор»: черная дыра, масса которой превышает примерно шестьдесят масс Солнца, не может образоваться в результате коллапса одной звезды. Точная граница этого зазора все еще обсуждается, но астрофизики уверены в его существовании. Обнаружение объекта в этом диапазоне масс указывает на иной механизм его формирования.
Такие объекты исследователи назвали «легкими черными дырами промежуточной массы» (lite IMBHs). По определению, это «наименее массивные черные дыры, существование которых мы ожидаем из источников, отличных от звезд».
Проанализировав одиннадцать кандидатов на слияние черных дыр из данных третьего наблюдательного запуска LIGO, команда получила убедительные доказательства. Они с 90-процентной уверенностью идентифицировали пять черных дыр, образовавшихся после слияния, как «легкие» IMBH.
Самое важное открытие касалось «родительских» объектов. В одном из зафиксированных событий масса одной из исходных черных дыр находилась прямо в «массовом зазоре». В двух других событиях родительские черные дыры имели массу даже выше этого зазора.
Это означает, что во Вселенной существует альтернативный способ создания таких массивных объектов. Наиболее вероятный механизм — иерархическое слияние. Это процесс, при котором черная дыра, уже являющаяся продуктом предыдущего слияния, сливается с другой, постепенно наращивая свою массу и переходя в категорию, недостижимую для одиночных звезд.
Теперь команда планирует применить свой анализ к новому набору данных, полученному в ходе четвертого наблюдательного запуска LIGO. Цель — продолжить поиски «легких» IMBH, улучшить способность «слышать» сигналы от более массивных объектов и окончательно подтвердить существование этого класса черных дыр, проливая свет на их формирование.
