Зарегистрированный сигнал в гравитационных волнах, предположительно возникший при слиянии двух черных дыр, может свидетельствовать о первом в истории наблюдении тройной системы черных дыр, удерживаемой вместе гравитационным взаимодействием.
Новый анализ данных, полученных коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA, показывает, что событие GW190814, зарегистрированное в 2019 году, характеризуется необычным ускорением, что потенциально указывает на наличие третьей черной дыры.
«Впервые в мире зафиксированы очевидные признаки наличия третьего компактного объекта в результате слияния двух черных дыр », — отметил астроном Вэнь-Бяо Хань, сотрудник Китайской академии наук.
«Судя по всему, двойная черная дыра GW190814 возникла не самостоятельно, а как часть более крупной гравитационной системы. Этот результат предоставляет ценную информацию о том, как образуются двойные черные дыры ».
С тех пор, как в 2015 году впервые были зарегистрированы гравитационные волны, ученые зафиксировали приблизительно 300 слияний черных дыр. Исследуя эти сигналы, астрономы способны установить массы черных дыр, вовлекающихся в столкновение. Отдельные события свидетельствуют о наличии иерархических слияниях — когда черные дыры последовательно объединяются, образуя объекты с возрастающей массой.
Существует ограничение на массу черных дыр звездной массы при их формировании. Слишком массивные звезды во время взрыва сверхновой полностью распадаются, не оставляя после себя черную дыру. Таким образом, обнаружение черной дыры, масса которой превышает это ограничение, указывает на то, что она образовалась в результате слияния двух или более черных дыр.
В событии GW190814 зафиксировано слияние черных дыр, чья масса не превышает теоретический предел. Одна из них оказалась особенно малой — ее масса составляет всего 2,6 солнечных масс, что сопоставимо с массой нейтронной звезды. Другая же черная дыра была значительно массивнее, приблизительно в 23 раза превышая массу Солнца. Подобное соотношение масс не согласуется с общепринятыми моделями эволюции звезд, которые предполагают, что двойные системы формируются из объектов, близких по размеру.
По мнению специалистов из Китайской академии наук во главе с Шу-Чэн Яном, подобное отклонение от нормы может быть связано с воздействием третьей, более крупной черной дыры, вокруг которой вращается двойная система. При анализе данных о гравитационных волнах ученые выявили признаки дополнительного ускорения, обусловленного орбитальным движением вокруг третьего объекта.
Их расчеты демонстрируют, что наблюдаемое ускорение вдоль линии составляет 0,0015 от скорости света, причем с вероятностью около 90%. Это может указывать на наличие ранее неизвестной, невидимой черной дыры.
Новые данные указывают на то, что слияния черных дыр способны формироваться в более разнообразных условиях, чем предполагалось ранее. Существует вероятность того, что в имеющихся наблюдениях могут быть зафиксированы и другие подобные системы, которые еще предстоит идентифицировать.
Данная работа также подтверждает наличие тройных систем черных дыр, что представляет собой значительный прогресс в исследовании иерархических слияний.
Предполагается, что новые данные, полученные обсерваториями LIGO, Virgo и KAGRA, позволят расширить знания о слияниях черных дыр и факторах, влияющих на них. Это, в свою очередь, углубит понимание различных способов взаимодействия черных дыр в космическом пространстве.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.