Обнаружены первые свидетельства существования тройной системы черных дыр
Обнаруженный при слиянии двух черных дыр аномальный сигнал в гравитационных волнах потенциально может свидетельствовать о первой зафиксированной тройной системе черных дыр, взаимодействующих посредством гравитации.
Новый анализ данных, полученных в ходе совместной работы LIGO, Virgo и KAGRA, показывает, что событие GW190814, зарегистрированное в 2019 году, характеризуется необычным ускорением, которое потенциально указывает на наличие третьей чёрной дыры.
«Впервые в мире зафиксированы явные признаки наличия третьего компактного объекта в процессе слияния двух черных дыр », — отметил астроном Вэнь-Бяо Хань, сотрудник Китайской академии наук.
«Вероятно, двойная черная дыра GW190814 не образовалась изолированно, а является частью более сложной гравитационной системы. Это открытие предоставляет ценные сведения о процессах формирования двойных черных дыр ».
Начиная с 2015 года, когда были впервые зарегистрированы гравитационные волны, ученые зафиксировали приблизительно 300 слияний черных дыр. По сигналам, полученным в ходе наблюдений, астрономы могут установить массы черных дыр, вовлеченных в столкновение. Некоторые зарегистрированные события свидетельствуют о наличии иерархических слияниях — процессе последовательного объединения черных дыр, приводящем к образованию объектов 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, превышающей этот предел массы, указывает на то, что она образовалась в результате слияния двух или более черных дыр.
В событии GW190814 задействованы черные дыры, масса которых не выходит за предельно допустимые значения. Одна из них оказалась чрезвычайно малой — ее масса составляет всего 2,6 солнечных масс, что сопоставимо с массой нейтронной звезды. Вторая же была существенно больше — приблизительно 23 солнечных масс. Подобное соотношение масс не согласуется со стандартными моделями эволюции звезд, поскольку двойные системы, как правило, формируются из объектов близких по размеру.
Ученые во главе с Шу-Чэн Яном из Китайской академии наук считают, что подобное отклонение может быть вызвано воздействием еще более массивной черной дыры, вокруг которой вращается двойная система. Анализ данных о гравитационных волнах выявил признаки дополнительного ускорения, обусловленного орбитальным движением вокруг третьего объекта.
Их расчеты демонстрируют, что данные свидетельствуют об ускорении вдоль линии наблюдения, равном 0,0015 от скорости света, с вероятностью около 90%. Это может указывать на наличие третьей, невидимой черной дыры.
Новое открытие указывает на то, что слияния черных дыр способны происходить в более разнообразных условиях, чем предполагалось ранее. Вероятно, в имеющихся данных содержатся сведения и о других подобных системах, которые предстоит выявить.
Данная работа также подтверждает наличие тройных систем черных дыр, что представляет собой значительный прогресс в исследовании иерархических слияний.
Ожидается, что новые данные, полученные обсерваториями LIGO-Virgo-KAGRA, расширят наши знания о слияниях черных дыр и окружающей их среде. Это позволит глубже изучить различные способы взаимодействия черных дыр в космосе.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.