Мощные взрывы звезд препятствуют рождению черных дыр

Ученые Университета Монаша выявили механизм, объясняющий редкость звездных черных дыр массой свыше 45 солнечных масс. Международная группа исследователей под руководством Хуэи Тонга опубликовала статью в журнале Nature, в которой представила доказательства существования «запретного разрыва» в спектре масс черных дыр.

Анализ данных гравитационных волн, собранных детекторами с 2015 года, показал статистическое отсутствие звездных черных дыр в диапазоне от 45 до 130 солнечных масс. Это противоречит астрофизической теории, предполагающей, что звезды с массой от 50 до 130 масс Солнца должны коллапсировать в черные дыры.

Исследователи связали эту аномалию с процессом парной нестабильности в супермассивных звездах. При экстремальных температурах в ядрах наиболее массивных звезд гамма-лучи взаимодействуют с материей, создавая электронно-позитронные пары. Этот процесс снижает внутреннее давление звезды, вызывая коллапс ядра и неконтролируемые термоядерные реакции. В результате звезда полностью взрывается как сверхновая, не оставляя после себя черной дыры.

Однако детекторы гравитационных волн обнаружили несколько черных дыр в «запретной зоне». Авторы исследования предположили, что они возникли в результате слияний более древних черных дыр. В таких иерархических системах первичная черная дыра часто является продуктом предыдущего слияния, о чем свидетельствуют повышенные параметры вращения этих объектов по сравнению с черными дырами вне запретного разрыва.

Полученные результаты подтверждают существование субпопуляции черных дыр, образованных многократными слияниями в двойных системах. Это позволило объяснить присутствие редких объектов в диапазоне масс, где формирование первичных черных дыр теоретически невозможно.

Исследователи отмечают, что более полный ответ на вопросы о распространенности взрывов парной нестабильности и эффективности увеличения масс черных дыр при слияниях можно получить с помощью более чувствительных детекторов гравитационных волн и расширенного набора наблюдательных данных.