Астрономи, які аналізують дані про гравітаційні хвилі, отримані у межах колаборації LIGO-Virgo-KAGRA, повідомили, що подвійні чорні діри, що зливаються, можна розділити на три окремі категорії. Дослідження показує, що ці три підгрупи мають свої характерні маси, особливості обертання та частоту злиття, що, ймовірно, пов’язано з різними домінуючими механізмами їхнього утворення.
Нерівномірний розподіл мас чорних дір, що зливаються
Дані четвертого каталогу гравітаційних хвиль (GWTC-4), опублікованого колаборацією LIGO-Virgo-KAGRA, містили понад 150 виявлених злиттів чорних дір. Аналіз цього набору даних показав, що загальна популяція подвійних чорних дір, що зливаються, можливо, має різне походження.
Коли дослідники проаналізували розподіл мас чорних дір у цій популяції, вони виявили виразні піки навколо значень 10 і 35 сонячних мас. Подібні особливості спостерігалися також у поведінці обертань і співвідношень мас систем, з помітними змінами навколо значень 20 і 40 сонячних мас. Якби всі злиття відбувалися за одним і тим самим процесом, очікувався б більш рівномірний розподіл. Ці особливості свідчать про те, що злиття чорних дір можуть відбуватися за різними механізмами утворення.
У новому дослідженні вчені змоделювали ключові властивості, такі як маси, поведінка спіну та частота злиття, щоб відтворити спостережувані характеристики загальної популяції, та з’ясували, що найкраще це пояснюється як суміш трьох різних груп подвійних чорних дір. Потім вони зіставили значення параметрів, що відображають властивості кожної групи, з теоретичними прогнозами, щоб визначити найбільш ймовірний шлях їхнього формування.
Три підгрупи: важкі, важчі, найважчі
Перша група подвійних чорних дір, яка становить 79 % від загальної кількості, демонструє різкий пік у діапазоні близько 10 сонячних мас. Ці чорні діри з малою масою — це системи, що повільно обертаються з мінімальними коливаннями. Їхні осі обертання також збігаються з орбітою. Усі ці особливості вказують на те, що ці подвійні чорні діри, ймовірно, утворилися в результаті ізольованої еволюції подвійної системи. Тобто коли дві зорі, що народилися як пара, еволюціонують, обмінюються масою та колапсують у чорні діри, які зливаються, без зовнішнього впливу.
Друга підгрупа подвійних чорних дір становить майже 14,5 % усіх виявлених подвійних систем і пояснює помітну особливість у спостережних даних у діапазоні близько 35 сонячних мас. Команда виявила, що ці подвійні системи містять чорні діри майже однакової маси, а частки обертань чорних дір, вирівняних та не вирівняних щодо орбіти, є рівномірними, причому коливання в них сильніші, ніж у першій групі. Ці чорні діри середньої маси демонструють ознаки більш хаотичного походження у порівнянні з першою групою.
Дослідники припускають, що ці подвійні системи, ймовірно, утворилися у переповненому середовищі, такому як кульове скупчення. Вони стверджують, що пара чорних дір, на яку впливає третій віддалений об’єкт, також могла б утворити ці подвійні чорні діри.
Нарешті, третя група, яка становить лише 2,5 % від загальної кількості, перебуває у верхній частині розподілу мас. Ці системи містять чорні діри з неоднаковою масою та демонструють складну динаміку обертання з помітним коливанням. Дослідники припускають, що вони, ймовірно, утворилися в результаті ієрархічного злиття, причому принаймні одна з чорних дір є залишком попереднього злиття.
Перевірка теорії
Однак дослідники зазначають, що ці канали формування, ймовірно, домінували в кожній підгрупі, але можуть бути й інші процеси.
«Хоча ці висновки є досить надійними, прямий зв’язок між субпопуляціями та окремими каналами залишається нез’ясованим», — пишуть вони у своїй статті. З огляду на майбутні публікації даних, отриманих у межах співпраці LIGO-Virgo-KAGRA, вони мають на меті отримати більш переконливі результати щодо того, як формуються ці різні популяції чорних дір, що зливаються.
За матеріалами phys.org
