Астрономы обнаружили гравитационную волну от крупнейшего из известных слияний черных дыр, и это ставит под сомнение теоретические модели.

Об этом сообщает издание Последние события со ссылкой на пресс-релиз Калифорнийского технологического института (Калтех).

На днях на физической конференции в Глазго был представлен отчет о гравитационной волне от самой тяжелой пары черных дыр, слияние которых мы наблюдали до сих пор. Результат превышает теоретические модели, что можно объяснить либо очень сложной предпосылкой, либо каким-то астрономическим явлением, о котором мы до сих пор не знаем.

В 2016 году, когда впервые была обнаружена гравитационная волна от слияния двух черных дыр, тогда это было одним из самых интересных событий в астрономии за последние десятилетия. Сегодня такие события стали привычными благодаря совершенствованию чувствительности оборудования, и на сегодняшний день известно о более чем 300 таких случаях.

Однако, некоторые обнаружения все еще могут вызвать волну интереса в астрономическом сообществе. И последнее открытие, получившее название GW231123, значительно превзошло ожидания ученых.

По оценкам, GW231123 предполагало слияние черной дыры, масса которой в 103 раза превышала массу Солнца, с черной дырой, масса которой составляла 137 солнечных масс, и в результате образовался гигант массой 225 солнечных масс. Отсутствующие 15 солнечных масс были преобразованы в энергию, включая гравитационную волну, которая известила нас о событии. Расстояние до события является достаточно неопределенным — от 700 миллионов до 4,1 миллиарда световых лет.

По словам первооткрывателей, GW231123 представляет собой настоящий вызов для понимания образования черных дыр, поскольку черные дыры такой массы не допускаются стандартными моделями эволюции звезд.

Сверхмассивные черные дыры в центре галактик могут иметь массу в 100 миллиардов раз большую, чем масса Солнца, а миллионы солнечных масс являются обычным явлением. Однако звездные черные дыры, остающиеся после того, как звезды превращаются в сверхновые, гораздо меньше.

Хотя звезды с массой, превышающей массу Солнца в 200 раз, существуют сегодня в соседних галактиках, а гораздо более массивные присутствовали в ранней Вселенной, значительная часть этой массы выбрасывается при образовании черной дыры. Минимальная масса, необходимая для того, чтобы звезда стала черной дырой, составляет примерно 25 солнечных масс, но самые маленькие черные дыры, которые мы находим, имеют массу в три солнечные массы, поскольку во время взрыва теряется очень много. Более того, считается, что звезды, масса которых превышает 140 солнечных масс, вообще не оставляют после себя черных дыр, настолько сильным является взрыв.

В 2018 году обнаружение слияния с продуктом массой 80 солнечных масс считалось значительным по своему размеру. С тех пор это было превзойдено GW190521, суммарная масса которого в 142 раза превышает массу Солнца. Даже это озадачило астрономов, которые предположили, что это могло быть что-то более экзотическое, чем черные дыры, поэтому нетрудно понять, почему размер GW231123 заставляет их ломать голову.

Они предполагают, что одной из возможностей является то, что две черные дыры в этой двойной системе образовались в результате предыдущих слияний меньших черных дыр.

Но для этого нужны чрезвычайные обстоятельства. Большинство звезд существуют как двойные, и когда обе звезды в паре достаточно велики, чтобы превратиться в черные дыры, их орбиты могут со временем распасться, в результате чего продукты спирально сблизятся друг с другом. Четырехзвездные системы не являются неизвестными, но они гораздо реже. К тому же, чтобы образовать большую из двух черных дыр, участвовавших в этом слиянии, вероятно, понадобилось бы более двух предшественников.

Помимо своей массы, черные дыры, участвовавшие в GW231123, вращались особенно быстро, что затрудняло обнаружение и объяснение этого явления.

Члены команды признают, что, возможно, мы снова имеем дело с явлением, которого раньше не видели, которое маскируется под черные дыры, хотя они рассматривают все возможности

GW231123 было обнаружено в рамках четвертой серии наблюдений, проведенной в 2023-2024 годах совместными усилиями гравитационных детекторов LIGO, VIRGO и KAGRA. Большинство данных из этого цикла будут опубликованы в течение нескольких месяцев после того, как команды, участвовавшие в исследовании, завершат их обработку для устранения ошибок.