Неуловимый «средний класс»: ученые доказали существование странных черных дыр
Регистрация всплесков гравитационных волн в последние годы стала обычным делом. Однако событие GW190521, зафиксированное 21 мая 2019 года, о котором сообщают вышедшие на этой неделе публикации , резко выделяется из этого ряда. Чем оно примечательно?
В одном из предыдущих материалов мы подробно рассказывали о столкновениях чeрных дыр и наблюдениях гравитационных волн. Напомним в двух словах, о чeм речь. Гравитационные волны излучаются любым массивным телом, движущимся с ускорением. Но этот сигнал невероятно слаб. Действующие детекторы LIGO и VIRGO представляют собой настоящее техническое чудо: они настолько чувствительны, что способны зарегистрировать даже квантовый шум . Но даже эти инструменты могут уловить гравитационные всплески только от таких впечатляющих катаклизмов как столкновения чeрных дыр и нейтронных звeзд.
Событие, о котором идет речь, стоит особняком среди подобных космических катастроф. Дело в том, что обе столкнувшиеся чeрные дыры были очень массивными. С вероятностью 90% масса первой составляла 71–106 солнечных, а масса второй — 48–83 солнечных. Когда эти гиганты столкнулись и слились, часть их суммарной массы перешла в энергию гравитационных волн. Из того, что осталось, возникла новая чeрная дыра массой 126–170 солнечной. Это самые массивные объекты, когда-либо наблюдавшиеся с помощью гравитационных волн.
Что этот рекорд даeт учeным? Прежде всего, подтверждение существования чeрных дыр промежуточной массы.
Наблюдателям хорошо известны чeрные дыры двух типов. Во-первых, это тела массой в единицы и десятки солнечных, которые возникают при взрывах сверхновых. Они так и называются: чeрные дыры звeздной массы. На другом конце спектра — сверхмассивные монстры массой в миллионы и миллиарды солнц.
Промежуточную массу имеют чeрные дыры, которые слишком тяжелы для первого типа, но никак не дотягивают до второго. Их известно очень мало, и до сих пор все они обнаруживались единственным способом: по излучению падающего на них вещества. Скептики заявляли, что масса таких тел может быть оценена неправильно, и сомневались, что подобные объекты вообще существуют.
Теперь детекторы гравитационных волн подарили учeным независимые доказательства. Чeрная дыра, образовавшаяся в результате события GW190521, уж точно относится к неуловимому «среднему классу».
С вероятностью более 99% хотя бы одна из столкнувшихся чeрных дыр тоже слишком тяжела, чтобы быть продуктом взрыва сверхновой. И для астрофизиков пока остаeтся загадкой, как она образовалась.
«Мы изучили все известные сценарии, которые могли бы привести к возникновению этой чeрной дыры, но пока не имеем окончательного объяснения», — отмечает Каран Джани из коллаборации LIGO.
Возможно, одна из участниц столкновения GW190521 сама является продуктом такого же слияния, только более древнего. Такое совпадение выглядит очень маловероятным, но оно всe возможно в уголках Вселенной, где чeрные дыры расположены особенно плотно (например, в шаровых звeздных скоплениях). Кроме того, неожиданно массивный объект мог образоваться при столкновении и слиянии не чeрных дыр, а обычных звeзд. Но и этот сценарий весьма экзотичен.
«Обнаруженная нами система настолько своеобразна, что нарушает ряд предыдущих предположений о том, как образуются чeрные дыры, — говорит Джани. — Нам потребовалось больше года, чтобы подтвердить существование этих странных чeрных дыр, и мы очень рады поделиться этим открытием со всем миром».
Гравитационные волны наблюдаются всего несколько лет, так что у человечества наверняка впереди ещe немало интригующих открытий.
Подробности исследования для специалистов изложены в двух научных статьях, опубликованных в журналах Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters .
