Астрономы заметили следы черной дыры «запрещенной» массы

Слияние черных дыр GW190521, зарегистрированное в прошлом году, оказалось самым масштабным в истории наблюдений, а одним из участников события была дыра «запрещенного» диапазона масс.

Большая международная команда ученых сообщила о наблюдении рождения черной дыры промежуточной массы — в 142 раза тяжелее Солнца. Она стала продуктом слияния дыр «предыдущего поколения», гравитационные волны которого зафиксировали обсерватории LIGO и Virgo. Событие GW190521 стало наиболее масштабным из слияний, которые когда-либо наблюдали оба инструмента. Об этом рассказывается в серии статей, опубликованных в журналах Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.

Сверхмассивные черные дыры, способные набирать миллионы и миллиарды масс Солнца, формируются в результате коллапса газа в центральной части больших галактик. Коллапс крупных звезд приводит к появлению черных дыр не более 65 солнечных масс: по современным представлениям, более массивные звезды взрываются, полностью рассеивая вещество по окружающему пространству. Существование черных дыр промежуточной массы остается предметом дискуссий — как и механизмы их возникновения; до сих пор известно лишь несколько кандидатов в такие объекты, ни один из которых однозначно не подтвержден.

Моделирование слияния черных дыр GW190521 / ©Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, SXS Collaboration

Теоретически, если собственная масса звезд превышает 200 солнц, они способны, погибая, порождать черные дыры, но в этом случае масса дыры составит не менее 120 солнц. Таким образом, промежуток между 65 и 120 солнечными массами можно назвать «запрещенным». Тем не менее, анализируя данные о гравитационно-волновом событии GW190521, которое было зарегистрировано в мае 2019 года, ученые пришли к выводу, что произошло слияние черных дыр массами 66 и 85 солнечных, в результате чего появилась дыра в 142 раза тяжелее нашего светила.

Самой интересной из этой троицы выглядит черная дыра в 85 солнц — массивнее верхнего предела, теоретически возможного для дыр звездных масс. Возможно, она сформировалась сразу после Большого взрыва, в числе первичных («примордиальных») черных дыр, или же сама стала продуктом более раннего слияния дыр «предыдущего поколения». Кроме того, GW190521 стало наиболее масштабным событием из всех, которые до сих пор регистрировались гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и Virgo. По оценкам астрономов, слияние этих дыр за долю секунды выбросило в виде гравитационных волн больше энергии, чем содержится во всем Солнце.