Астрономия

Ученые впервые обнаружили черную дыру промежуточной массы

LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt/IPAC

Международная команда астрофизиков c помощью детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo зафиксировала слияние двух черных дыр. Новый объект оказался первой обнаруженной черной дырой промежуточного размера. Кроме того, одна из черных дыр, участвовавших в слиянии, не могла образоваться при взрыве звезды, что заставляет ученых пересмотреть свои взгляды на образование этих космических объектов. Посвященные исследованию работы опубликованы в журналах Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.

«Одна из величайших загадок астрофизики — как образуются сверхмассивные черные дыры? Они вырастают из черных дыр звездной массы, которые появляются при смерти звезды, или рождаются неизвестным нам способом? Мы долго искали черные дыры промежуточной массы. И теперь у нас есть доказательство того, что они действительно существуют», — рассказал один из исследователей, сотрудник Центра междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики Северо-Западного университета Кристофер Берри.

Все черные дыры, которые сегодня известны астрономам, делятся на две категории. В первую попадают те, масса которых колеблется от нескольких до десятков масс Солнца. Считается, что они образуются при смерти массивных звезд. Вторая категория включает в себя сверхмассивные черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в сотни тысяч и даже миллиарды раз. Одна из таких расположена в центре нашей Галактики. Но раньше ученые не могли найти черную дыру, которая оказалась бы между этими категориями – массой от 100 до 100 тысяч.

21 мая 2019 года ученые коллабораций LIGO и Virgo смогли зафиксировать гравитационные волны от слияния двух черных дыр, размер которых был равен 85 и 66 солнечным массам, на расстоянии в пять гигапарсек. В результате этого образовалась черная дыра с массой, превышающей массу Солнца в 142 раза. Событие получило название GW190521. Это первая обнаруженная черная дыра промежуточной массы, которую нельзя отнести ни к одной из двух принятых категорий. Кроме того, произошел масштабный выброс энергии — около восьми солнечных масс.

Однако открытие уникально не только размерами обнаруженной черной дыры. Внимание астрофизиков также приковано к одной из тех, которые участвовали в слиянии. Дело в том, что в обычной звезде, например в Солнце, давящая внутрь сила тяжести уравновешивается давящими наружу фотонами и газами. Однако при старении звезды сила тяжести начинает преобладать, в результате чего происходит взрыв с образованием черной дыры. Но это возможно только для звезд не тяжелее 130 солнечных масс, которые в итоге образуют черные дыры не тяжелее 65 солнечных масс. С другой стороны, звезды с массой больше 200 масс Солнца также образуют при смерти черные дыры массой от 120 солнечных. Но между ними находятся звезды с массой от 130 до 200 солнечных. Для них характерно явление парной нестабильности, когда фотоны ядра превращаются в более легкие пары электронов и антиэлектронов. Из-за этого звезда становится нестабильной, и происходит взрыв. Он настолько силен, что после него не остается ничего, даже черной дыры. Поэтому коллапсирующие звезды не могут образовывать черные дыры массой от 65 до 120 масс Солнца. Этот промежуток называется разрывом масс парной нестабильности. Однако одна из черных дыр, образовавших GW190521, обладала массой в 85 солнечных масс. Таким образом, она стала первой обнаруженной в разрыве масс парной нестабильности черной дырой, что делает невозможным ее образование известными способами.

«Есть много идей о том, как объяснить это — слияние двух звезд вместе, поглощение черной дырой какого-то другого космического объекта или первичные черные дыры, созданные после Большого взрыва. Мне очень нравится идея иерархического слияния, в котором у нас есть черная дыра, образовавшаяся в результате предыдущего слияния двух меньших черных дыр», — отметил Берри.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.