Иллюстрация слияния черных дыр, вызвавшего гравитационную волну, известную как GW190521, данные которой были использованы в этой статье. Фото предоставлено: LIGO/Калифорнийский технологический институт/MIT/Р. Хёрт (IPAC).
Исследовательская группа предложила новый метод реконструкции «генеалогического древа» черных дыр. Это исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, предлагает способ сделать вывод о свойствах черных дыр, которые вызывают эти слияния, одно из самых жестоких событий, наблюдаемых во Вселенной.
Эти слияния создают гравитационные волны, своего рода «складку» в пространстве-времени, которая распространяется со скоростью света и в настоящее время может быть обнаружена детекторами, разработанными международными коллаборациями, такими как Virgo, Kagra или LIGO.
Анализируя гравитационные волны, можно получить информацию о слиянии черных дыр, такую как их массы, направление их вращения и другие подсказки об их происхождении. В большинстве случаев черные дыры образуются из остатков массивных звезд, рухнувших под действием собственной гравитации из-за истощения их ядерного топлива.
Однако, согласно астрофизическим теориям, существует тип вакуума, в котором черные дыры не могут образовываться непосредственно в результате коллапса звезды, известный как массовый интервал парной нестабильности. Считается, что черные дыры в этом интервале образуются в результате иерархических слияний, то есть последовательных слияний меньших «предков» черных дыр, каждое из которых образует все более массивную черную дыру. Таким образом, они образуют своего рода генеалогическое древо, к которому и хотелось бы обратиться в этом исследовании.
Хотя это объяснение кажется простым, процесс нетривиален. Чтобы черная дыра могла участвовать в последовательных слияниях, она должна оставаться связанной со своей средой обитания, такой как галактика или плотное звездное скопление. Однако черные дыры, образовавшиеся в ходе слияний, достигают скорости отдачи или удара, которая может достигать тысяч километров в секунду, чего часто бывает достаточно, чтобы выбросить их из большинства сред-хозяев.
Например, скорость убегания в шаровых скоплениях, которые считаются ключевыми очагами слияния черных дыр, составляет всего около 50 км/с. Хотя спин и массу черных дыр можно измерить непосредственно по сигналам гравитационных волн, скорость отдачи зависит от свойств «предков» сливающихся черных дыр, которые невозможно наблюдать напрямую.
«Благодаря такому типу исследования мы можем не только угадать предков наблюдаемых нами черных дыр. Мы также можем предположить, в какой среде (если таковая имеется) мог происходить этот процесс. Если никакая окружающая среда не является жизнеспособной и эти черные дыры не могут быть результатом предыдущих слияний, нам, возможно, придется переосмыслить звездную эволюцию или подумать, что мы вообще не сможем наблюдать черные дыры», — говорит профессор Хуан Кальдерон Бустильо, научный сотрудник Рамона-и-Кахаля из IGFAE. , объединенный центр Университета Сантьяго-де-Компостела и Хунта-де-Галисия (Испания) и соавтор исследования.
Анализ загадочного сигнала GW190521
Команда применила эту технику к загадочному гравитационно-волновому сигналу GW190521, который представляет собой черную дыру, падающую в запрещенную массу.
«Мы обнаружили, что, согласно свойствам, которые определенные группы обнаружили для этой черной дыры, маловероятно, что она образовалась в шаровом скоплении из-за больших ударов, которые эта черная дыра могла унаследовать», — говорит Карлос Араужо, магистрант Канарский институт астрофизики и бывший студент Университета Сантьяго-де-Компостела.
«На самом деле, среды с более высокими скоростями убегания, такие как активные ядра галактик или ядерные звездные скопления, кажутся более правдоподобными из-за их способности захватывать черные дыры при больших столкновениях. Это согласуется с существующими исследованиями, предполагающими, что GW190521 произошел в активном ядре галактики», — говорит Генри Вонг, бывший студент CUHK, а теперь специалист по данным в частном секторе.
«Мы обнаружили, что можем получить доступ к моменту рождения черной дыры, поскольку он тесно связан с ее вращением. К сожалению, в наши дни мы не можем измерять спины с большой точностью, что является одним из ограничивающих факторов нашего исследования. Как заявляют LIGO и Virgo». «Повышая их чувствительность и внедряя новые детекторы третьего поколения, наш метод обеспечит более детальное понимание генеалогии наблюдаемых нами черных дыр», — говорит Аня Лю, соавтор исследования и аспирантка CUHK. .
Информация от: Галицким институтом физики высоких энергий.
