У Всесвіті регулярно стикаються і зливаються чорні діри. Науковці проаналізували сотні таких подій і помітили дивну закономірність. Наймасивніші чорні діри сформувалися від злиття менших у минулому.
Прихована інформація
Щоразу, коли дві чорні діри зближуються по спіралі та зливаються, вони породжують гравітаційні хвилі — коливання простору-часу. Ці сигнали містять інформацію про маси обох об’єктів, а також про їхній спін — швидкість і напрямок обертання.
Пари чорних дір виникають двома шляхами. У першому випадку дві масивні зорі народжуються як подвійна система, еволюціонують разом і після колапсу обох компонентів залишають пару чорних дір, що продовжує обертатися одна навколо одної. У другому — чорні діри формуються незалежно, а вже згодом захоплюють одна одну під час гравітаційних взаємодій у густих зоряних скупченнях.
Від способу утворення залежать маси чорних дір, швидкість їхнього обертання та взаємна орієнтація спінів. Саме тому обидва сценарії залишають дещо різні відбитки в сигналах гравітаційних хвиль, які реєструють обсерваторії LIGO, Virgo і KAGRA. Проте виявити ці закономірності серед сотень зареєстрованих подій вдалося лише тепер.
Два шляхи до одного висновку
Першу роботу підготувала група під керівництвом Кейлін Планкетт із Массачусетського технологічного інституту. Дослідники побудували модель на основі двох добре вимірюваних параметрів спіну, що показують, наскільки обертання чорної діри узгоджене з її орбітальним рухом.
Другим дослідженням керував Шаран Банагірі з австралійського Університету Монаша. Його команда не робила жодних попередніх припущень, а дозволила статистичному аналізу самостійно визначити, на скільки груп поділяються чорні діри. Обидві статті вийшли в рецензованому журналі Physical Review Letters, про що повідомляє Phys.org.
Надважка популяція
Попри різні відправні точки, обидві команди виокремили групу чорних дір, що вирізняється незвично великою масою. Кожен такий об’єкт щонайменше в 40 разів переважає Сонце.
За висновками Кейлін Планкетт, ці гіганти мають швидкі та хаотично орієнтовані спіни. Така конфігурація властива чорним дірам, які склалися внаслідок попередніх злиттів, а не через колапс зір.
Шаран Банагірі з колегами дійшов подібного порогового значення й також зафіксував високі спіни. Утім, чіткої ознаки походження від раніших зіткнень у цьому аналізі не знайшли, тому автори закликають до обережності в інтерпретації.
Друге покоління
Зоряний колапс не створює чорну діру в діапазоні приблизно від 60 до 130 сонячних мас через ефект парної нестабільності, тож надважка група з хаотичними спінами вказує на інший шлях появи таких об’єктів.
Разом ці результати належать до найвагоміших на сьогодні доказів існування чорних дір другого покоління. Так називають об’єкти, що виникли не з колапсу масивної зорі, а зі злиття двох попередників.
Це також підказує можливий шлях появи надмасивних чорних дір у центрах галактик. Ланцюжок повторних злиттів здатен крок за кроком нарощувати їхню масу.
