Головна / Всесвіт / Астрономи пояснили існування незвично важких чорних дір зоряної маси

Астрономи пояснили існування незвично важких чорних дір зоряної маси

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.

«Природа злиття деяких чорних дір, які відкрили LIGO і VIRGO, як і раніше залишається невідомою для нас. Ми з’ясували, що якщо звичайні чорні діри періодично потрапляють в околиці надмасивних чорних дір у центрах галактик, то майже всі з них переживають ланцюжок злиттів, які допоможуть їм «переступити» через межі максимальної маси», — пишуть дослідники.

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.