Астрономы из Северо-Западного университета США нашли настолько массивную черную дыру, что не были уверены, что она существует
Александр Алексеенко - 03.09.20 (обновлено 06.09.20) Одна из величайших вещей в астрофизике – это то, что вы постоянно открываете то, о чем не думали, что это возможно. Теперь обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) и обсерватория Вирго обнаружили самую большую черную дыру. Это важно, потому что ученые действительно сомневались, могут ли вообще существовать черные дыры такой массы. Но после месяцев кропотливого анализа команда исследователей только что сообщила о своем открытии в статьях в Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.
Черная дыра была обнаружена, потому что ее слияние с немного менее массивным компаньоном испускало гравитационные волны. Это рябь в пространстве-времени, которую можно обнаружить на Земле – отголоски мощных космических столкновений, которые в данном случае произошли миллиарды лет назад. Открытие очень важно с точки зрения исследования. Это также делает ставку среди астрофизиков. В феврале 2017 года многие из них встретились в Центре физики Аспена в Колорадо, США и обсудили результаты, которые уже получили от LIGO. Но ученые также с нетерпением ждали будущих открытий и спорили о том, как на самом деле сливаются пары черных дыр.
Фото: https://imageshack.com/
Обсуждалось несколько идей. Одна из них заключается в том, что пары массивных звезд постепенно эволюционируют бок о бок, пока обе не коллапсируют в черные дыры и в конечном итоге не сливаются. Другая заключается в том, что ранее неизвестные черные дыры могут быть объединены путем столкновения толпы других звезд в плотных звездных областях. Но что является основным процессом?
Насильственные звездные смерти
В конце своей жизни – когда звезды бегут из ядерного топлива и больше не имеют давление поддержки, чтобы противостоять их собственной гравитации – они разрушаются. Звезды с малой массой, в том числе и наше Солнце, в конечном итоге становятся слабыми звездными призраками, известными как «белые карлики». Звезды, которые изначально были тяжелее, чем масса Солнца примерно в восемь раз, становятся невероятно плотными и маленькими объектами, называемыми нейтронными звездами. А действительно массивные звезды с массой более 20 солнечных масс при рождении становятся черными дырами с конечной массой от нескольких до около 40 масс Солнца.
Но давно предполагалось, что что-то странное происходит с очень, очень массивными звездами, возможно, с начальными массами от 130 до 250 солнечных масс, чьи центры становятся действительно горячими (около миллиарда градусов Кельвина) в конце своей эволюции. Свет, отражающийся внутри этих звезд и обеспечивающий большую часть поддержки давлением, настолько энергичен, что может трансформироваться в пары электронов и позитронов (позитроны – аналоги электрона из антивещества – они почти идентичны, но имеют противоположный заряд). Это, в свою очередь, делает звезду нестабильной: давление внезапно падает, центр звезды сжимается и нагревается, и в результате неуправляемого ядерного синтеза вся звезда взрывается яркой сверхновой «парной нестабильностью», не оставляя после себя никаких остатков.
Это означает, что если бы все черные дыры в сливающихся парах были созданы коллапсирующими звездами, то не должно быть черных дыр с массами от 55 до 130 солнечных масс – звезды, которые могли бы произвести такие остатки, закончили бы свою жизнь взрывами, которые не оставляют ничего позади. Однако более массивные черные дыры могут образовываться даже из более тяжелых звезд (с массой более 250 солнечных), которые не подвергаются такому же безудержному ядерному синтезу и полностью коллапсируют в черные дыры.
Фото: https://theconversation.com/
Но это не тот случай, когда черные дыры сливаются. Когда две черные дыры сливаются, они создают еще одну черную дыру, почти такую же тяжелую, как сумма их масс. Если эта черная дыра останется в плотной среде, она может снова слиться, что приведет к образованию еще более массивных черных дыр различных размеров, заполняющих разрыв в массах. Вот что привело исследователей к заключению пари в Аспене: найдут ли они сливающуюся черную дыру с массой от 55 до 130 солнечных масс или нет?
Заполнение (массового) пробела
GW190521 – это действительно слияние двух очень массивных черных дыр, самой тяжелой из всех наблюдаемых до сих пор с помощью гравитационных волн. Более тяжелый, имеющий массу от 71 до 106 солнечных (с достоверностью 90%), попадает прямо в разрыв масс. Похоже, это говорит о том, что черные дыры действительно многократно сливаются.
Однако астрофизики из Северо-Западного университета (США) не уверены, является ли это окончательной демонстрацией многократного слияния черных дыр в плотное звездное скопление? Могли ли они неправильно оценить границы массового разрыва из-за неопределенности ключевых ядерных реакций? Могло ли слияние произойти совершенно по-другому, о чем ученые даже не задумывались?
Команды LIGO-Virgo снова проделали потрясающую работу со своими приборами и анализом данных, получив удивительно неожиданный результат. Для остального астрофизического сообщества осмысление этого только начинается. Вот почему в таких научных ставках действительно выигрывают все.
Комментарии