Scienty

На сегодняшний день астрономы знают о двух основных типах черных дыр: черные дыры звездной массы (их масса варьируется от нескольких до десятков, в редких случаях — сотен солнечных масс) и сверхмассивные черные дыры (от сотен тысяч до миллиарда масс Солнца). Однако, поскольку Общая теория относительности не исключает возможность существования черных дыр с любой массой, специалисты продолжают искать «промежуточные» объекты. В результате анализа данных, полученных в ходе наблюдения за 11 гравитационными волнами, астрофизики заявили об идентификации пяти потенциальных кандидатов на роль таких черных дыр.

Фото: img.freepik.com

«Объекты с массой от 100 до 350 солнечных масс часто называют промежуточными или маломассивными черными дырами. Ранее Naked Science рассказывал об обнаружении в сердце Млечного Пути сразу двух таких «средних» объектов. Хотя точные механизмы их формирования пока неизвестны, предполагается, что они могли возникнуть путем гравитационного коллапса одиночной звезды — так же, как и черные дыры звездной массы. С той лишь разницей, что их формирование происходит в условиях, отличных от центров галактик, в которых рождаются сверхмассивные черные дыры.

Международная группа астрофизиков из Университета Вандербильда (США), возглавляемая Карен Джани (Karan Jani) и Кристал Руис-Роча (Krystal Ruiz-Rocha), изучила данные, полученные с детекторов гравитационных волн LIGO (США) и Virgo (Италия). В ходе анализа было обнаружено 11 слияний черных дыр, масса которых составляет от 100 до 300 солнечных. Это самые массивные гравитационно-волновые события, когда-либо зарегистрированные. Результаты нового исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Учитывая, что LIGO и Virgo регистрируют только финальную стадию слияния, получение дополнительных сведений о формировании черных дыр средней массы представляет собой сложную задачу. В связи с этим, астрофизики использовали данные из двух предыдущих работ. Их создатели показали и доказали, совместная миссия NASA и Европейского космического агентства (ESA), известная как LISA (Laser Interferometer Space Antenna), позволит отслеживать «промежуточные» черные дыры на протяжении нескольких лет до их слияния. Старт миссии намечен на конец 2030-х годов.

Применив алгоритм Байеса (используя статистический метод, позволяющий рассчитывать вероятность наступления событий на основе имеющихся данных, а также применяя три модели обработки гравитационно-волновых сигналов — SEOBNRv4PHM, IMRPhenomXPHM и NRSur7dq4, авторы научной работы провели оценку параметров каждого события. В частности, они определили массу и спин черных дыр до и после их слияния.

Анализ данных показал, что в пяти из одиннадцати зарегистрированных столкновениях (GW191223, GW191225, GW190426, GW200114 и GW200214) формирование черной дыры с массой более 100 солнечных масс было вероятно с 90-процентной долей. Это утверждение особенно применимо к событиям GW191223 и GW191225 – в этих случаях масса первичной черной дыры, вероятно, превысила 120 солнечных масс. Таким образом, космические объекты средней массы способны возникать в результате последовательных слияний в плотных звездных скоплениях или вблизи активных ядер галактик.

Проверив соответствие моделей друг другу, ученые обнаружили, что в ряде случаев полученные результаты существенно отличаются. На расхождения могут влиять как физические параметры черных дыр, такие как ориентация оси и вращение, так и ограничения, свойственные моделям, в особенности при анализе низких частот.

Несмотря на это, новое исследование стало первым всесторонним байесовским анализом одиннадцати гравитационно-волновых событий, основанным на трех независимых моделях. В ходе работы астрофизики не только определили пять вероятных кандидатов в «промежуточные» черные дыры, но и указали на потребность в совершенствовании существующих моделей.