Космические ветераны: Учёные обнаружили чёрные дыры второго поколения

Учёные, анализируя рябь пространства-времени, зафиксировали две пары сталкивающихся чёрных дыр. Согласно новому исследованию, более крупный партнёр в каждой из пар, вероятно, является редким «ветераном» — чёрной дырой «второго поколения», которая сама образовалась в результате предыдущего слияния.

Ключевыми подсказками, указавшими на необычное происхождение этих объектов, стали их быстрое вращение и значительное превосходство в массе над партнёром, которого они поглотили. Открытие было сделано в рамках коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA, глобальной сети детекторов, регистрирующих гравитационные волны от катаклизмов Вселенной.

«Полученные данные представляют собой интригующие доказательства того, что эти чёрные дыры были сформированы в результате предыдущих слияний», — заявил соавтор исследования Стивен Фэйрхерст, профессор Кардиффского университета.

Цепочка слияний

Исследование основано на анализе двух событий, зарегистрированных с разницей всего в один месяц. Расшифровка их гравитационно-волновых «отпечатков» позволила учёным определить массу, вращение и расстояние до чёрных дыр.

• Событие GW241011 (11 октября 2024 года): Столкнулись две чёрные дыры массой в 6 и 20 раз больше солнечной. Слияние произошло на расстоянии около 700 миллионов световых лет от Земли. Более массивная чёрная дыра вращалась с одной из самых высоких скоростей из когда-либо зафиксированных.

• Событие GW241110 (10 ноября 2024 года): В этом случае объединились чёрные дыры массой в 8 и 17 солнечных масс. Это событие было ещё дальше — в 2,4 миллиарда световых лет. Примечательно, что большая чёрная дыра вращалась в направлении, противоположном её орбитальному движению, — такое явление наблюдается впервые.

Учёные отмечают, что оба слияния обладают уникальными свойствами. В каждом случае более крупная чёрная дыра была почти вдвое массивнее своей «спутницы», а характер их вращения кардинально отличался от сотен других слияний, зафиксированных с момента исторического первого обнаружения гравитационных волн обсерваторией LIGO в 2015 году.

Исследователи предполагают, что крупные чёрные дыры в этих парах сами являются продуктом так называемого «иерархического слияния». Этот процесс возможен в чрезвычайно плотных средах, таких как шаровые звёздные скопления, где чёрные дыры часто сближаются и сталкиваются, образуя всё более массивные объекты.

«Это одно из наших самых захватывающих открытий на сегодняшний день, — сказала соавтор работы Джесс МакАйвер, астрофизик из Университета Британской Колумбии. — Эти события являются веским доказательством того, что во Вселенной существуют очень плотные, «оживлённые» участки, которые заставляют мёртвые звёзды сталкиваться друг с другом».

Триумф Эйнштейна и новая физика

Помимо открытия потенциальных чёрных дыр второго поколения, эти слияния стали ещё одним триумфом Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Например, событие GW241011 породило настолько чёткий сигнал, что учёные смогли «увидеть», как быстрая ротация массивной чёрной дыры искажает её форму. Получившаяся подпись в гравитационных волнах в точности соответствовала предсказаниям как Эйнштейна, так и математика Роя Керра, описывающим свойства вращающихся чёрных дыр.

Тот же сигнал содержал особый «гудящий» обертон, вызванный значительной разницей в массах двух дыр. Это астрофизическое «звучание» также идеально совпало с теоретическими расчётами, ещё раз подтвердив правоту Эйнштейна.

Открытие таких «ветеранов» открывает новую главу в астрофизике. Если чёрные дыры действительно могут неоднократно сливаться в плотных скоплениях, это означает, что во Вселенной могут существовать своего рода «фабрики» по производству сверхмассивных объектов, которые невозможно образоваться напрямую из коллапсирующей звезды. Это меняет наши представления о жизненном цикле чёрных дыр и о том, как формировалась структура космоса в целом.