Аномально великі чорні діри зоряної маси, сліди існування яких нещодавно відкрили спеціалісти з проєкту LIGO, виникають внаслідок злиття кількох менш об’єктів, які знаходяться в околицях надмасивних чорних дір. До такого висновку прийшли астрофізики, статтю яких опублікував науковий журнал Physical Review Letters.
Зараз вчені виділяють дві категорії чорних дір, які радикально відрізняються по масі. Надмасивні чорні діри розташовуються в центрах галактик, вони важче Сонця в мільйони чи навіть мільярди разів. Існують і менш великі об’єкти – так звані чорні діри зоряної маси, які виникають в результаті гравітаційного колапсу великих світил.
Довгий час вчені вважали, що всі подібні чорні діри вкладаються на дуже вузький діапазон – від 10 до 50 сонячних мас. Це пов’язано з особливостями процесу загибелі їх прабатьків. Вони одночасно не можуть бути дуже маленькими, оскільки тоді ядро зірки не зможе перетворитися на чорну діру, і надто великими, тому, що світило вибухне й розлетиться на частини ще до народження сингулярності.
Цю ідею, як відзначають Імре Бартош з Університету Флориди в Гейнсвілле (США) і його колеги, вчені поставили під сумнів у липні 2017 року, коли гравітаційна обсерваторія LIGO виявила сліди злиття двох надмасивних чорних дір, одна з яких була важче Сонця більш ніж у 51 раз.
Фабрика чорних дір
Наступні відкриття LIGO і європейського гравітаційного телескопа ViRGO вказали на те, що чорні діри, чия маса близька до цієї межі, зустрічаються у Всесвіті незвично часто. Це змусило команду Бартоша задуматися про те, як могли виникнути такі чорні діри і де їх найчастіше можна знайти.
Їх “інкубатором”, як припустили вчені, можуть виступати центральні регіони галактик, в яких знаходяться десятки тисяч чорних дір зоряної маси. Спостереження за центром Чумацького Шляху показують, що вони досить рідко зближуються і стикаються між собою, незважаючи на їх щільне сусідство. Це правило, як зауважили автори статті, може не дотримуватися для об’єктів, які знаходяться в околицях надмасивних чорних дір.
Вони повинні притягувати до себе не тільки хмари з пилу і газу, але і інші скупчення матерії, в тому числі уламки планет, зірок і невеликі чорні діри. Вони будуть накопичуватися всередині так званого диска акреції – “бублика” з матерії, що оточує надмасивну чорну діру і який вона поступово поглинає.
Керуючись цією ідеєю, вчені підрахували типове число чорних дір зоряної маси в цьому регіоні простору і, використовуючи комп’ютерні симуляції, перевірили, як часто вони будуть стикатися один з одним. Ці розрахунки показали, що в диску акреції буде постійно присутні кілька сотень чорних дірок, причому майже всі з них хоча б один раз зіткнуться з сусідніми об’єктами. Серії подібних об’єднань, як свідчать розрахунки вчених, призведуть до того, що маса близько 40% чорних дір буде перевищувати сонячну більш ніж в 50 разів.
В таких чорних дір, за словами астрономів, буде одна відмінна риса. Напрямки їх обертання навколо своєї осі і по орбіті будуть протилежні один одному, а швидкість їх руху буде незвично високою. Ця особливість характерна і для чорних дір, чиє злиття LIGO зафіксувала в липні 2017 року.
Іншими словами, перший приклад подібних злиттів вже існує, проте для того, щоб остаточно підтвердити цю теорію, потрібно відкрити кілька інших об’єктів з такими ж властивостями, підсумовують вчені.