Международная группа астрофизиков обнаружила доказательства того, что Вселенная способна повторно использовать черные дыры, объединяя их для создания еще более крупных объектов. Зафиксированные за последние годы гравитационные волны указывают на то, что некоторые из самых тяжелых черных дыр в звездных скоплениях сформировались в результате прошлых столкновений, а не из-за коллапса умирающих звезд.
Загадка «невозможных» черных дыр
Согласно классической теории звездной эволюции, в конце жизненного цикла массивной звезды ее ядро сжимается до невероятной плотности, образуя черную дыру. Масса таких объектов обычно составляет от 10 до 40 масс Солнца. На другом полюсе находятся сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, которые весят в миллионы и миллиарды раз больше нашего светила.
Однако между этими двумя группами существует спорный диапазон: объекты массой от 40 до 100 масс Солнца. Для обычных звездных остатков они слишком тяжелы, а для прямого коллапса гигантских облаков материи — слишком легки. Долгое время традиционная физика считала их появление практически невозможным, хотя детекторы регулярно фиксировали подобные объекты.
Ученые предположили, что такие гиганты могут возникать при слиянии более мелких и сверхплотных объектов. Чтобы подтвердить эту гипотезу, потребовалось проанализировать гравитационные волны — микроскопические колебания пространства-времени, возникающие при столкновении массивных тел.
Уникальный почерк космических слияний
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, астрофизики проанализировали базу данных из 153 подтвержденных случаев регистрации гравитационных волн. Среди них 34 события были вызваны слиянием особенно тяжелых объектов. Сравнение сигналов позволило разделить черные дыры на две отчетливые группы.
Более легкие объекты (до 40 масс Солнца) имели небольшое вращение, сонаправленное с их орбитами, что характерно для эволюции одиночных звезд. Однако у черных дыр массой около 45 масс Солнца и выше картина резко менялась. Они вращались с огромной скоростью и в хаотичных направлениях. Подобная статистическая аномалия возможна только в том случае, если объект уже сформировался в результате предыдущего столкновения.
В обзоре выделяют ключевые особенности черных дыр второго поколения:
- Их масса превышает критический порог в 40–45 масс Солнца;
- Они обладают быстрым и хаотично направленным вращением;
- Такие объекты формируются исключительно в плотных звездных скоплениях, где высока вероятность столкновений;
- Их невозможно обнаружить в оптическом или рентгеновском диапазонах, в отличие от сверхмассивных аналогов.
По словам авторов исследования, тяжелые черные дыры не рождаются сами по себе, а буквально собираются в процессе эволюции космоса. Столкновения предыдущих поколений запускают цепную реакцию, которая переписывает привычные законы звездной физики.
