Астрофізики зареєстрували найбільше в історії злиття чорних дір за допомогою детекторів LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), що сталося на околицях галактики Чумацький Шлях. Зафіксовані гравітаційні хвилі свідчать про те, що внаслідок цього унікального явища утворилася чорна діра, маса якої у 225 разів перевищує масу Сонця.
Про це розповідає ProIT
Злиття чорних дір у «пробілі мас»
Дослідників особливо зацікавили маси чорних дір, що злились: одна з них була у 100, а інша — у 140 разів масивніша за Сонце. Такі об’єкти потрапляють у так званий «пробіл мас», що кидає виклик усталеним уявленням про механізми формування розривів простору-часу. Згідно з сучасними теоріями, більшість чорних дір виникають внаслідок колапсу масивних зірок, але при масі понад 60–130 сонячних мас процес колапсу нестабільний, більша частина речовини розсіюється під час вибуху наднової, і чорна діра не повинна утворюватися у такому діапазоні.
«Ми очікуємо, що більшість чорних дір утворюються внаслідок смерті зірок. Якщо зірка досить масивна, вона колапсує у чорну діру. Але стосовно дійсно масивних зірок наші теорії кажуть, що колапс нестабільний, і більшість маси викидається у вибухи наднових, отже чорна діра не може утворитися. Ми не очікуємо утворення чорних дір з масою від 60 до 130 мас Сонця. У цьому спостереженні чорні діри, мабуть, знаходяться в цьому діапазоні мас», — зазначає професор фізики Кардіффського університету в Уельсі та учасник колаборації LVK Марк Ханнем.
Чорні діри проміжної маси: рідкісний клас космічних об’єктів
Чорні діри можуть зростати, поглинаючи газ, пил, зірки та навіть інші чорні діри. За класифікацією, існують чорні діри зоряної маси (від кількох до десятків мас Сонця) та надмасивні чорні діри (від 100 тисяч до 50 мільярдів сонячних мас). Однак чорні діри проміжної маси — між цими двома категоріями — є майже недосяжними через те, що не можуть формуватися внаслідок прямого колапсу зірки. Астрономи припускають, що вони виникають саме під час злиття інших чорних дір, що й підтверджує це унікальне спостереження.
Злиття, яке підтвердило існування такої чорної діри, було виявлено 23 листопада 2023 року детекторами LIGO у штатах Луїзіана та Вашингтон. Ці пристрої використовують лазерні промені у Г-подібних рукавах довжиною по 4 км для точного фіксування гравітаційних хвиль, що змінюють довжину шляху світла при проходженні через Землю.
Зареєстрований сигнал виник через взаємодію двох масивних чорних дір, які оберталися з великою швидкістю. Аналіз таких подій ускладнюється, оскільки моделі злиття чорних дір залежать від точності обчислень і складності рівнянь Ейнштейна, особливо коли об’єкти рухаються дуже швидко.
Професор Марк Ханнем пояснює, що чорні діри в події GW231123 ймовірно обертаються з великою швидкістю, що призводить до розбіжностей у розрахунках маси різними моделями. Це ускладнює точну оцінку параметрів об’єктів: можливі маси меншої чорної діри охоплюють весь інтервал мас.
Для подальшого вдосконалення розрахунків астрофізикам необхідно поліпшити комп’ютерні моделі та методи аналізу гравітаційних хвиль. Всього з 2015 року детектори LIGO, Virgo і KAGRA зафіксували вже 300 злиттів чорних дір, з яких 200 — під час четвертого запуску. Це відкриває нові можливості для дослідження еволюції Всесвіту та природи чорних дір проміжної маси.