Загадка Гигантских Чёрных Дыр: Разгадка Невозможного

Учёные проследили происхождение самой массивной слияния чёрных дыр, когда-либо наблюдавшегося, и раскрыли, как два «невозможных» гиганта могли возникнуть, несмотря на давние предположения о том, что такие объекты не должны существовать. Эти чёрные дыры считались «запрещёнными», потому что звёзды такого размера, как считалось, разрываются на куски в результате мощных взрывов, оставляя после себя никаких остатков, которые могли бы коллапсировать в чёрную дыру.

Недавние исследования показывают, что быстро вращающиеся звёзды с магнитными полями могут коллапсировать неожиданным образом, производя чёрные дыры в этом запрещённом диапазоне масс, что подготовило почву для колоссального события слияния, известного как GW231123.

Новые находки также свидетельствуют о том, что чёрные дыры могут образовываться более эффективно, чем считалось ранее, что может изменить наше понимание о том, как первые звёзды и чёрные дыры во Вселенной привели к появлению сегодняшних сверхмассивных чёрных дыр.

Почему слияния тяжёлых чёрных дыр важны

Слияния чёрных дыр стали одним из самых важных инструментов для понимания Вселенной. «Слияния чёрных дыр позволяют нам наблюдать Вселенную не через свет, а через гравитацию — посредством гравитационных волн, возникающих в результате искажения пространства и времени, когда чёрные дыры спирально сближаются и сливаются», — пояснил Ор Готтлиб, профессор Центра вычислительной астрофизики.

Эти наблюдения проверяют теорию общей относительности Эйнштейна в условиях, где её предсказания являются наиболее требовательными, поскольку искривление пространства-времени вокруг сливающихся чёрных дыр ставит теорию на грани возможного. События с самыми массивными чёрными дырами также демонстрируют, как массивные звёзды жили и умирали на протяжении космической эпохи, и как ранние чёрные дыры превратились в монстров, сидящих в центрах галактик сегодня.

Самое массивное слияние чёрных дыр, когда-либо обнаруженное

Когда детекторы зафиксировали GW231123 в ноябре 2023 года, астрономы сразу поняли, что это событие выглядит необычно. Два огромных объекта — примерно 100 и 130 раз более массивных, чем Солнце — слились более чем 2 миллиарда световых лет назад. Удивительно, что чёрные дыры такого размера попадают в так называемый физиками «массовый разрыв», диапазон между примерно 70 и 140 солнечными массами, где не ожидалось наличия чёрных дыр.

Разгадка Невозможного

Готтлиб и его коллеги нашли, что быстрое вращение меняет всё. «Мы показали, что если звезда вращается быстро, она образует аккреционный диск вокруг новорожденной чёрной дыры», — объяснил Готтлиб. «Сильные магнитные поля, создаваемые внутри этого диска, могут вызывать мощные выбросы, которые вытесняют часть звёздного материала, предотвращая его падение в чёрную дыру.»

Это уменьшение конечной массы остатка приводит его в «массовый разрыв» — область, ранее считавшаяся недоступной. Полученные симуляции также продемонстрировали связь между массой и вращением образовавшейся чёрной дыры.

Влияние на гравитацию и космическую историю

Экстремальные события, такие как GW231123, проверяют общую теорию относительности на её грани. Если подобные события происходили часто в ранней Вселенной, они могли бы сформировать рост первых чёрных дыр. «Такие слияния подразумевают, что массивные чёрные дыры могут образовываться более эффективно, чем предсказывают нынешние звёздные модели», — добавил Готтлиб.

Работа команды указывает на новый путь формирования массивных чёрных дыр и предсказывает определенные закономерности, которые астрономы смогут искать. «Наше исследование открывает новое окно в формирование чёрных дыр в пределах массового разрыва», — отметил Готтлиб.

С ростом количества обнаруженных массивных двойных чёрных дыр будет возможность проверить предсказанную корреляцию массы и вращения на этой популяции. Эти открытия могут выявить, является ли GW231123 космической редкостью или первым ясным признаком скрытой популяции массивных, быстро вращающихся чёрных дыр.