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 же 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.