Самые крупные черные дыры могли вырасти в плотных звездных скоплениях
Ученые пришли к выводу, что самые массивные черные дыры из каталога гравитационно-волновых событий, скорее всего, не возникли напрямую после смерти звезд. Они могли вырасти после нескольких последовательных слияний в плотных звездных скоплениях.
Источник: NASA, ESA, STScI, and A. Sarajedini (University of Florida). Шаровое скопление M80, расположенное на расстоянии около 28 000 световых лет от нас, является домом для сотен тысяч звезд, связанных друг с другом гравитацией. Скопление, подобное этому, может способствовать росту черных дыр за счет последовательных слияний. Желтые и белые объекты разных форм и размеров показаны на черном фоне, представляя сотни тысяч звезд, связанных вместе в тесном пространстве в космосе.
МОСКВА, 12 мая /Новости науки/ Международная группа астрономов пришла к выводу, что самые массивные черные дыры, найденные по гравитационным волнам, могли сформироваться в результате серии жестких слияний в плотных звездных скоплениях. Об этом сообщила пресс-служба Кардиффского университета.
Исследователи изучили версию 4.0 каталога гравитационно-волновых событий LIGO–Virgo–KAGRA, в него вошли 153 достаточно надежных случая слияния черных дыр, и проверили гипотезу, что самые тяжелые черные дыры из этого каталога относятся ко второму поколению. Это значит, что они появились не сразу после коллапса массивных звезд, а после слияния более ранних черных дыр. Затем такие объекты могли сливаться снова.
В каталоге можно выделить две группы черных дыр. Первая — менее массивные объекты, которые хорошо согласуются с обычным сценарием: массивная звезда завершает жизнь и коллапсирует в черную дыру. Вторая — более тяжелые черные дыры. Их вращение лучше объясняется другим путем: они уже участвовали в прошлых слияниях.
Такой сценарий особенно вероятен в плотных звездных скоплениях. Там звезды и черные дыры находятся гораздо ближе друг к другу, чем в окрестностях Солнца. В таких условиях черные дыры чаще встречаются, образуют пары и сливаются. После этого новый, более массивный объект может снова попасть в систему, которая завершится новым слиянием.
Ученые отмечают, что наиболее удивительным оказался четкий разрыв между двумя группами. Более легкие системы обычно вращались медленно, а более массивные имели более быстрое вращение с разной ориентацией осей. Именно такого признака ученые ожидали бы от черных дыр, которые неоднократно сливались в плотных скоплениях.
Исследование также усиливает доводы в пользу существования так называемого разрыва масс. Это диапазон, в котором черные дыры не должны рождаться напрямую из звезд. Согласно теории, очень массивные звезды в конце жизни могут взрываться так мощно, что не оставляют после себя черную дыру.
Авторы работы связывают этот разрыв с массами примерно от 45 масс Солнца и выше. При этом гравитационно-волновые детекторы уже находят черные дыры вблизи этой границы или внутри нее. Главный вопрос состоит в том, говорят ли эти объекты об ошибках в моделях звездной эволюции или о другом пути образования.
По мнению исследователей, самые тяжелые черные дыры в нынешней выборке скорее указывают не только на эволюцию звезд, но и на динамику плотных звездных скоплений. В будущем новые данные гравитационно-волновых обсерваторий могут помочь уточнить не только историю роста черных дыр, но и ядерные реакции, которые идут в недрах массивных звезд.
Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Astronomy.
Исследователи изучили версию 4.0 каталога гравитационно-волновых событий LIGO–Virgo–KAGRA, в него вошли 153 достаточно надежных случая слияния черных дыр, и проверили гипотезу, что самые тяжелые черные дыры из этого каталога относятся ко второму поколению. Это значит, что они появились не сразу после коллапса массивных звезд, а после слияния более ранних черных дыр. Затем такие объекты могли сливаться снова.
В каталоге можно выделить две группы черных дыр. Первая — менее массивные объекты, которые хорошо согласуются с обычным сценарием: массивная звезда завершает жизнь и коллапсирует в черную дыру. Вторая — более тяжелые черные дыры. Их вращение лучше объясняется другим путем: они уже участвовали в прошлых слияниях.
Такой сценарий особенно вероятен в плотных звездных скоплениях. Там звезды и черные дыры находятся гораздо ближе друг к другу, чем в окрестностях Солнца. В таких условиях черные дыры чаще встречаются, образуют пары и сливаются. После этого новый, более массивный объект может снова попасть в систему, которая завершится новым слиянием.
Ученые отмечают, что наиболее удивительным оказался четкий разрыв между двумя группами. Более легкие системы обычно вращались медленно, а более массивные имели более быстрое вращение с разной ориентацией осей. Именно такого признака ученые ожидали бы от черных дыр, которые неоднократно сливались в плотных скоплениях.
Исследование также усиливает доводы в пользу существования так называемого разрыва масс. Это диапазон, в котором черные дыры не должны рождаться напрямую из звезд. Согласно теории, очень массивные звезды в конце жизни могут взрываться так мощно, что не оставляют после себя черную дыру.
Авторы работы связывают этот разрыв с массами примерно от 45 масс Солнца и выше. При этом гравитационно-волновые детекторы уже находят черные дыры вблизи этой границы или внутри нее. Главный вопрос состоит в том, говорят ли эти объекты об ошибках в моделях звездной эволюции или о другом пути образования.
По мнению исследователей, самые тяжелые черные дыры в нынешней выборке скорее указывают не только на эволюцию звезд, но и на динамику плотных звездных скоплений. В будущем новые данные гравитационно-волновых обсерваторий могут помочь уточнить не только историю роста черных дыр, но и ядерные реакции, которые идут в недрах массивных звезд.
Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Astronomy.
