Все черные дыры сливаются по одному сценарию

Анализ данных, собранных LIGO во время обнаружения первых трех слияний черных дыр, показывает, что все объекты такого рода возникают и сливаются по единому сценарию в системах из двух сверхкрупных звезд. 

"Детектор LIGO дал жизнь своеобразной космической палеонтологии. Палеонтологи никогда в жизни не видели живого динозавра, но они могут понять, как он выглядел и как он жил по его останкам. Аналогичным образом, мы можем проанализировать данные по слияниям черных дыр и использовать их для того, чтобы выяснить, как их звезды-прародительницы  выглядели и взаимодействовали в ходе их коротких, но бурных жизней", — объясняет Илья Мандель из университета Бирмингема (Великобритания).

В сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 65 Солнц. Впоследствии, LIGO зафиксировал еще два всплеска гравитационных волн, только один из которых был официально признан научным сообществом.

Данные, собранные в ходе этих всплесков, активно изучаются учеными сегодня по нескольким причинам, в том числе и потому, что они не ожидали "увидеть" слияния черных дыр так быстро и так часто – изначально создатели LIGO, как рассказывал РИА "Новости" Кип Торн (Kip Thorne), рассчитывали, что они увидят столкновения пульсаров.

Как объясняет Мандель, слияния черных дыр должны происходить при очень специфических условиях — к примеру, расстояние между ними не должно превышать 20% от дистанции, отделяющей Землю от Солнца. Учитывая высокие массы черных дыр, обнаруженных LIGO, исполнение подобного условия является крайне сложной, если не невозможной задачей, что породило очередную серию споров среди ученых после публикации результатов наблдений на LIGO.

Мандель и его коллеги попытались просчитать условия, в которых родились черные дыры, породившие все три всплеска гравитационных волн, зафиксированных LIGO — GW150914, GW151226 и LVT151012. Ученых в первую очередь интересовало то, сформировались ли они в похожих условиях и по похожим сценариям, что упрощало бы просчет того, как много черных дыр сливается каждый год в обозримой Вселенной.

Как показали расчеты ученых, основанные на данных с LIGO, все три пары черных дыр родились в абсолютно идентичных условиях – в тесных парах из очень крупных и короткоживущих звезд, в недрах которых почти не содержалось астрономических "металлов" – элементов тяжелее водорода и гелия.

Эти звезды были расположены друг к другу так близко, что на определенном этапе развития их начала окружать общая газовая оболочка, что делало такие пары почти неотличимыми от одного крупного светила для внешнего наблюдателя. Их масса, по расчетам ученых, составляла от 80 до 160 Солнц и они вращались друг вокруг друга по очень тесной орбите, совершая один виток примерно за 500 дней.

На определенном этапе их жизни эта оболочка становилась нестабильной, и звезды сбрасывали ее, теряя при этом энергию, что заставляло их сблизиться еще больше, на расстояние, необходимое для слияния после их превращения в черные дыры.  Отсутствие "металлов" в данном сценарии, как рассказывают ученые, необходимо для того, чтобы одна звезда могла "перетянуть" на себя материю соседки, быстро превратиться в черную дыру и оставить меньше "стройматериалов" для формирования второй, менее крупной сингулярности.

По словам астрономов, в крупных шаровых скоплениях звезд в нашей Галактике и за ее пределами содержится достаточно много таких пар светил, и частота их формирования будет достаточной для того, чтобы объяснить то, почему LIGO зафиксировал сразу три таких события за неполный год работы. Первые данные, которые LIGO получит после перезапуска в декабре прошлого года, помогут выяснить, так это или нет, заключают Мандель и его коллеги.