Астрономи дослідили 47 подій злиття чорних дір, які зафіксовані інтерферометром Virgo та обсерваторією LIGO. Науковці проаналізували можливі канали їхнього формування та виявили, що близько 27% знайдених чорних дір можуть бути первісними, тобто сформованими у ранньому Всесвіті після епохи інфляції. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.
NASA's Goddard Space Flight Center
Які чорні діри фіксували LIGO та Virgo?
Наразі обсерваторія LIGO та інтерферометр Virgo зафіксували 47 подій злиття чорних дір. Незалежні групи, використовуючи загальнодоступні дані, повідомляли про додаткові виявлення таких явищ. Зі збільшенням кількості таких спостережень астрономи отримують змогу краще характеризувати властивості популяції чорних дір та відносний внесок різних каналів їхнього формування, що можуть призводити до злиття цих об’єктів. Виявилося, що певна кількість зафіксованих LIGO та Virgo систем мають велику масу. Вони можуть бути результатом послідовного ієрархічного злиття менших чорних дір, кінцевим продуктом життя масивних зірок або ж мати первісне походження. Первісні чорні діри могли сформуватися у ранньому Всесвіті внаслідок гравітаційного колапсу ділянок плазми з високою густиною. Зокрема, одна із подій злиття чорних дір, GW190521, кидає виклик традиційним сценаріям формування таких об’єктів. Маса компонентів, що брали участь у цьому злитті, становить 90,9 та 66,3 сонячних мас. Це найбільша маса подвійної системи чорних дір серед виявлених на сьогодні.
Що досліджували астрономи?
Дослідники застосували статистичний аналіз для каталогу зафіксованих LIGO та Virgo злиттів чорних дір та змоделювали канали формування, що можуть відтворити масу спостережуваних систем. Зокрема, вони розглянули три найпоширеніших шляхи утворення астрофізичних чорних дір (подвійна система масивних зірок із загальною газовою оболонкою, утворення у старих кулястих зоряних скупченнях та у зоряних скупченнях біля центру мас галактик), а також модель первісних чорних дір.
Про що вони дізналися?
Виявилося, що популяція первісних чорних дір найкраще пояснює дуже масивні подвійні системи, такі як GW190521. Загальна частка таких об’єктів, за підрахунками дослідників, становить 27% від усіх зафіксованих подій злиття. У разі підтвердження ці результати означатимуть, що LIGO та Virgo вже могли виявити до 24 злиттів подвійних чорних дір, сформованих у ранньому Всесвіті. Підтвердити, що ці чорні діри дійсно первісні, дозволять детектори гравітаційних хвиль третього покоління, такі як телескоп Айнштайна та Cosmic Explorer. Вони зможуть фіксувати злиття чорних дір із високим червоним зсувом, тобто ті, що відбувалися у дуже ранньому Всесвіті.
Раніше ми писали, як згадана подія GW190521 вказала на утворення чорної діри проміжної маси. Крім того, нещодавно дослідники запропонували новий спосіб шукати первісні гравітаційні хвилі та змогли охарактеризувати форму утвореної чорної діри за допомогою гравітаційних хвиль. Наш матеріал «Що таке чорна діра?» дозволить краще розібратися, якими бувають ці об’єкти.