Известны два типа черных дыр: звездной массы (от нескольких до десятков, реже — сотен солнечных масс) и сверхмассивные (от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца). Общая теория относительности допускает существование черных дыр практически любой массы, поэтому ученые продолжают поиски «промежуточных» объектов. Астрофизики проанализировали данные 11 гравитационно-волновых событий и сообщили об обнаружении пяти кандидатов в такие черные дыры.
Объекты массой от ста до трёхсот пятидесяти солнечных принято называть «промежуточными» или «легкими» черными дырами. Naked Science рассказывал В Млечном Пути обнаружены сразу два объекта, представляющие собой «среднюю» категорию. Точные механизмы их образования пока неизвестны. Предполагается, что они могли образоваться вследствие гравитационного коллапса одиночной звезды, подобно звездам-черным дырам. Единственное отличие заключается в том, что формирование происходит не в центрах галактик, где рождаются сверхмассивные черные дыры.
Международная группа астрофизиков под руководством Карен Джани и Кристал Руис-Роча проанализировала данные детекторах гравитационных волн LIGO и Virgo. В результате выявили 11 слияний черных дыр массой от 100 до 300 солнечных масс. Это самые тяжелые из когда-либо зафиксированных событий, сопровождающихся гравитационными волнами. Результаты исследования… опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Поскольку LIGO и Virgo регистрируют только заключительный момент слияния, добыть больше данных о формировании черных дыр средней массы нелегко. Астрофизика обратилась к данным двух ранее опубликованных исследований. Авторы этих работ показали и доказалиLISA, совместный проект НАСА и Европейского космического агентства, позволит отслеживать промежуточные черные дыры за годы до их слияния. Запуск намечен на конец 2030-х годов.
Применив алгоритм Байеса Авторы нового исследования применили статистический метод для оценки вероятности событий на основе имеющихся знаний о них, а также три модели обработки гравитационно-волновых сигналов — SEOBNRv4PHM, IMRPhenomXPHM и NRSur7dq4 — для определения параметров каждого события. Среди параметров — масса и спин черных дыр до и после слияния.
Исследования выявили, что в пяти из одиннадцати зарегистрированных столкновениях (GW191223, GW191225, GW190426, GW200114 и GW200214) вероятность образования черной дыры массой свыше 100 солнечных составляет 90%. В событиях GW191223 и GW191225 масса первичной черной дыры, скорее всего, превысила 120 солнечных. Следовательно, космические «монстры» средней массы могут образовываться путем последовательных столкновений в плотных звездных скоплениях или около активных галактических ядер.
Исследователи, сравнив данные моделей, обнаружили расхождения в результатах ряда случаев. Причины могут заключаться как в физических особенностях черных дыр (например, в ориентации оси вращения), так и в ограничениях самих моделей, особенно в низкочастотном диапазоне.
Несмотря на это, новое исследование представляет собой первый комплексный байесовский анализ одиннадцати гравитационно-волновых событий с использованием трёх независимых моделей. Астрофизики не только выявили пять убедительных кандидатов в «промежуточные» черные дыры, но и подчеркнули необходимость совершенствования современных моделей.
