LIGO и Virgo зафиксировали цепные слияния черных дыр в космосе

Анализ 259 слияний черных дыр из каталога GWTC-5 показал существование объектов второго поколения. Часть зарегистрированных черных дыр уже сформировалась в результате более ранних столкновений, что объясняет наличие масс в труднодостижимом диапазоне.

Данные собрали обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA в рамках совместного проекта. Эти установки не наблюдают объекты напрямую. Они регистрируют гравитационные волны — искажения пространства-времени от вращения и слияния массивных тел. По характеристикам волн вычисляют массу и скорость вращения черных дыр.

Исследователи выделили две статистические группы в популяции. Первая состоит из объектов средней массы с низким вращением. Вторая включает более тяжелые черные дыры, которые вращаются быстрее. Различие указывает на разную историю формирования.

Механизм цепных слияний работает следующим образом. При столкновении двух черных дыр образуется один объект. Он сохраняет около 95% суммарной массы. Вращение итогового объекта значительно возрастает.

В плотных звездных скоплениях такая черная дыра может встретить другой массивный объект. Формируется новая пара. Затем происходит повторное слияние. Так появляются черные дыры второго и последующих поколений.

Распределение масс быстро вращающихся объектов совпало с расчетами. Ученые вычислили теоретические массы продуктов слияния первой группы. Пики в обоих распределениях совместились. Совпадение подтверждает гипотезу последовательных слияний.

Открытие помогает объяснить аномальные массы. Некоторые обнаруженные черные дыры находятся в диапазоне, недостижимом при прямом коллапсе звезды. Цепные слияния дают альтернативный механизм формирования таких объектов.

Работа опубликована как препринт на платформе arXiv. Статья еще не прошла процедуру научного рецензирования. Авторы отмечают, что другие механизмы также возможны — аккреция вещества тоже увеличивает массу и вращение. Будущие наблюдения должны подтвердить реальную долю иерархических слияний в общей популяции черных дыр.

Источник: Techno-Science.net