Черные дыры могут многократно сливаться друг с другом
Одна из черных дыр, которые были источником всплеска гравитационных волн GW 190412, зафиксированного в апреле прошлого года, возникла благодаря еще одному слиянию подобных объектов. К такому выводу пришли астрофизики, результаты работы которых опубликовал научный журнал Physical Review Letters. "Считается, что пары черных дыр, которые участвуют в подобных слияниях, возникают внутри двойных звездных систем или в плотных звездных скоплениях. Наши расчеты показывают, что обе эти теории не могут объяснить то, почему у черных дыр, которые были источниками всплеска GW 190412, была неодинаковая масса и ненулевая совокупная скорость вращения. Это говорит о том, что более крупная черная дыра из этой пары могла возникнуть в результате еще одного слияния", – пишут исследователи.
На протяжении большей части 2019 года, в ходе третьей стадии своей работы, гравитационные обсерватории LIGO и VIRGO открыли несколько десятков всплесков гравитационных волн – волнообразных колебаний пространства–времени, источниками которых служат очень тяжелые движущиеся объекты. Большую часть из них породили слияния черных дыр. Первым из событий, открытых в этой стадии, стало GW 190412. Его источник находился на границе созвездий Волопаса и Гончих Псов, свет от него шел до Земли 2,6 млрд лет. Это событие сразу по нескольким причинам стало одним из самых необычных следов слияний черных дыр, которые зафиксировали детекторы гравитационных волн.
С одной стороны, породившие его черные дыры очень сильно различались по массе: ранее астрономы не сталкивались с подобным. По их оценкам, эти объекты были в 30 и в 8 раз тяжелее Солнца. Ученые также нашли намеки на то, что оси вращения черных дыр не совпадали, а общая скорость их вращения не была нулевой. Американские и британские астрофизики под руководством научного сотрудника Бирмингемского университета (Великобритания) Давида Геросы попытались выяснить, как могла возникнуть столь необычная пара черных дыр. Для этого ученые просчитали несколько сценариев их образования.
Как правило, подобные события происходят внутри молодых звездных скоплений, где образуется большое количество крупных двойных звезд, из которых впослседствии могут формироваться черные дыры. Нечто похожее также может происходить в тесных, но при этом древних шаровых скоплениях, где существуют сотни или даже тысячи одиночных черных дыр. Гравитационные взаимодействия этих объектов периодически заставляют их объединяться в пары и сливаться. Героса и его коллеги просчитали вероятность того, что оба этих процесса могли породить пару черных дыр с очень разной массой и неодинаковыми скоростями и направлениями вращения. Для этого ученые создали компьютерную модель галактики и проследили за тем, как часто в ней возникали двойные звезды и скопления светил, в которых могли образоваться события, похожие на GW 190412.
Их расчеты показали, что подходящие черные дыры будут возникать очень редко, лишь в одном случае из миллиона. Поэтому оба общепринятых сценария формирования пар черных дыр довольно сомнительны. С другой стороны, шансы на формирование подобной пары резко выросли после того, как ученые добавили в свои расчеты возможность "цепочечных" слияний черных дыр. Такой сценарий, как отмечают исследователи, может объяснить не только четырехкратную разницу в массе черных дыр, но и то, почему одна из них вращалась значительно быстрее второй и в другом направлении.
Исследователи предполагают, что более крупная черная дыра возникла в ходе еще одного слияния. Оно "раскрутило" черную дыру и выбросило за пределы той звездной системы, где образовались участники этого слияния. Если это действительно так, то вспышка GW 190412 произошла в необычно плотной области ее родительской галактики, которая предположительно расположена в окрестностях ее ядра. Если детекторы гравитационных волн будут и дальше открывать подобные события, это поможет проверить гипотезу Геросы и его коллег. Кроме того, благодаря этому можно будет понять, в каких регионах Вселенной существуют условия, в которых черные дыры могут быстро расти подобным образом, поочередно сливаясь с менее крупными объектами.
