Астрономы нашли способ идентифицировать «иерархические» черные дыры

У нас есть несколько кандидатов, однако до сих пор было непонятно, как подтвердить их статус. В новой работе, опубликованной в Nature Astronomy, астрономы вычислили необходимые для поиска параметры и определили несколько перспективных мест, где такие черные дыры можно будет найти."Главными" по выявлению гравитационных волн — следов слияния черных дыр (а теперь и черных зрение с нейтронными звездами) является обсерватории LIGO и Virgo. Они фиксируют возмущения гравитационного поля, распространяющиеся подобно ряби на поверхности воды и, преодолевая огромные расстояния, является ценным источником информации о событиях во Вселенной. Впервые их заметили 2015 года, а после этого уже не однажды мы «слышали» отзывы слияния тел с массами в несколько десятков солнечных. Впрочем, мы все же не видим конкретно, кто сталкивается в космосе, поэтому полагаемся только на наши умения в расшифровке услышанного. Так после нескольких «странных» сигналов, зафиксированных LIGO и Virgo, астрономы заподозрили, что детекторы ловят не только так называемые столкновения черных дыр «первого поколения», а и второго — «иерархические черные дыры», которые образовались не вследствие коллапса звезд, а в результате столкновения таких же объектов, и могут содержать остатки предыдущих слияний черных дыр. Сформировалось вследствие даже новое направление астрофизических исследований — реконструкция «поколений» черных дыр (reconstruction of the Black Holes` generation). Ученые будут искать следы слияния черных дыр массами в 50 и 120 солнечных, не слишком большие, чтобы быть продуктом звездного коллапса, но достаточно небольшие, чтобы быть «преемниками» более ранних столкновений. Важно отметить, что по мнению теоретиков, для фиксации таких событий не обязательно знать о том, что находится вокруг — детекторам будет достаточно, чтобы среда способствовало содержанию образованных после столкновения (первого) черных дыр, а их массы и собственные скорости попали в определенные ими параметры.

Здесь нужно вернуться к двум вещам: тому, что все полученные нами результаты наблюдений LIGO и Virgo зависят от нашей интерпретации, а также наших знаний об эволюции звезд. Подробнее о втором можно почитать в нашем материале «Как долго живут звезды?», А если коротко, то звезде стоит быть далеко за чертой Оппенгеймера-Волкова (2,5−3 солнечных масс), чтобы превратиться в черную дыру. Или столкнуться с другой звездой (для этого также требуется масса) и в результате коллапса породить черную дыру. Есть довольно хорошо прописаны «сценарии» столкновений, по которым мы собственно и воспроизводим участников события. Так вот с точки зрения физики этих процессов, у нас есть два диапазона масс, в которых обракованные черные дыры просто не могут находиться — это от 40 до 120 солнечных. До сих пор исключений не случалось, пока LIGO и Virgo в прошлом году не зафиксировали странное событие — рождение невероятно тяжелой черной дыры (142 солнечных!) На невероятно далеком расстоянии пяти мегапарсеков от Земли (почти половина возраста Вселенной!). Событие назвали GW190521 и отнесли к черным дырам промежуточной массы — она ​​в этой категории стала первой.

Астрономы отмечают, что такие иерархические слияния имеют ключевые особенности, которые задаются самим фактом их иерархичности, независимо от их точного астрофизического происхождения. Во-первых, такие черные дыры будут лежать в том диапазоне масс, и они не подходит обычным событиям. Во-вторых, собственный момент ее импульса почти полностью определяется угловым моментом при первом слиянии, поэтому мы не сможем говорить о ее звездном предшественнике. Поэтому LIGO и Virgo достаточно зафиксировать эти ключевые моменты как наращивание массы, остаточное вращение и отдачу от слияния, чтобы мы могли идентифицировать какие-то черные дыры как иерархические независимо от деталей конкретного пути их формирования. Перспективными местами для поиска исследователи считают ядерные звездные скопления с высокой плотностью и высокой светимостью, акционного диска и активные галактические ядра — это наиболее эффективные для содержания продуктов слияния места. Поэтому ученые планируют взяться за анализ данных о гравитационных волнах и их исследованиях.

Перевод материала nauka.ua