У физиков есть свои проблемы с черными дырами. Эти удивительные объекты полны парадоксов и загадок. Одной из необъяснимых загадок является то, как образуются сталкивающиеся черные дыры с массами, превышающими 40-50 масс Солнца.
Известно, что массивные звезды со временем сжигают топливо, а затем их вещество под собственным весом коллапсирует в черную дыру с массой до нескольких десятков солнечных масс. Более крупные черные дыры не могут быть созданы коллапсирующими звездами – более массивные звезды, вместо того чтобы коллапсировать в черные дыры, взрываются в виде сверхновых и гиперновых.
Однако самые крупные звезды, которые могут коллапсировать, должны иметь массу до 50 солнечных масс. Откуда же берутся черные дыры массой от 50 до 100 солнечных масс? Они довольно распространены во Вселенной, поскольку их столкновения – или, скорее, отголоски этих столкновений в виде гравитационных волн – чаще всего обнаруживаются детекторами гравитационных волн LIGO и Virgo. Ученые не смогли объяснить, почему эти дыры такие массивные.
Одного расширения Вселенной достаточно для создания более массивных черных дыр.
У астрофизиков из Гавайского, Чикагского и Мичиганского университетов есть предложение по решению этой загадки. В работе, опубликованной в научном журнале Astrophysical Journal Letters, они утверждают, что предыдущие оценки массы черных дыр могут быть неверными. Уравнения обычно описывают черные дыры в статичной Вселенной, что делает расчеты чрезвычайно простыми для физиков. Однако, если принять во внимание постоянное расширение Вселенной, это меняет результаты расчетов.
Проще говоря, само расширение пространства в течение миллиардов лет добавляет энергию черным дырам, которые в результате становятся более массивными. Если такие дыры являются частью бинарных систем, то они также сталкиваются с другими звездами чаще, чем считалось до недавнего времени. В результате образуются черные дыры, подобные тем, которые наблюдаются детекторами гравитационных волн.
Исследователи провели детальное моделирование рождения и жизни пар массивных звезд и их смерти, то есть образования пар черных дыр в расширяющемся (а не в статичном) космосе. Результаты расчетов и моделирования согласуются с данными, наблюдаемыми LIGO и Virgo. – “Это настолько простая идея, что я был удивлен, что она работает”, – говорит профессор Грегори Тарле из Мичиганского университета и один из авторов статьи.
Астрофизики оговариваются, что пока это только гипотеза, проверенная в симуляциях. Однако они считают, что лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA) – запланированный ЕКА космический эксперимент для прямого обнаружения гравитационных волн – сможет доказать истинность гипотезы. Запуск миссии запланирован на 2034 год.
До сих пор неясно, откуда берутся “черные дыры с промежуточной массой”
Есть еще одна загадка – почему так мало черных дыр с массой, промежуточной между “обычной” и сверхмассивной. До недавнего времени наблюдались только черные дыры с массами до нескольких десятков Солнц и в центрах галактик с массами в миллионы Солнц.
Только недавно астрономы наблюдали вспышку, показавшую, что наблюдаемая черная дыра должна иметь массу около 10 000 масс Солнца, что находится между “обычной” и сверхмассивной. Однако пока это единичный случай. Это доказывает, что черные дыры с промежуточной массой действительно существуют. Но это не объясняет, почему мы наблюдаем их так мало.
