21 мая 2019 года большие детекторные установки LIGO в США и Virgo в Италии зарегистрировали рекордные гравитационные волны. Эти волны стали рекордными по двум причинам: колебания в пространстве-времени были вызваны столкновением и последующим слиянием двух черных дыр на рекордном удалении от нас в семь миллиардов световых лет.
Столкновение двух необычно больших черных дыр вызвало и рекордные гравитационные волны в космосе. © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration
Кроме того, черная дыра с массой в 142 солнечные массы, образовавшаяся во время космической катастрофы, оказалась самой массивной из всех, которые астрофизикам удавалось наблюдать с помощью детекторов гравитационных волн. Две исходные черные дыры имели массу в 66 и 85 раз больше, чем Солнце, и это озадачивает исследователей. Дело в том, что черные дыры с массой в 85 солнечных масс просто не должны существовать, если они образуются результате нормальной звездной эволюции, пишут ученые в журнале Physical Review Letters.
«В соответствии с нашим пониманием того, как звезды стареют и развиваются, мы ожидали увидеть черные дыры либо с массой меньше 65 солнечных масс, либо с массой более 120 солнечных, но ни в коем случае в диапазоне между этими значениями», - объясняет Франк Ом, руководитель исследовательской группы Института гравитационной физики Макса Планка в Ганновере. А черная дыра с массой 85 солнечных как раз и попадает точно в промежуток между этими значениями. По мнению исследователя, это может означать две вещи: «Либо наше понимание звездной эволюции настолько несовершенно, либо здесь произошло что-то еще».
Поэтому ученые, участвовавшие в наблюдениях LIGO и Virgo, потратили месяцы кропотливой работы в поисках альтернативных сценариев возникновения сигнала 21 мая 2019 года - от космических струн до сверхновых необычной формы и гравитационных линз. В качестве наиболее вероятного решения исследователи рассматривают возможность того, что более тяжелая из двух черных дыр уже сама по себе является результатом более раннего слияния двух меньших черных дыр.
Образовавшаяся же черная дыра с массой в 142 массы Солнца является новинкой и в другом отношении: это первый случай, когда астрономы стали свидетелями образования черной дыры «среднего веса». Такие черные дыры в диапазоне между звездными черными дырами, то есть образованными из звезд, и сверхмассивными черными дырами в ядрах галактик могут играть важную роль в эволюции галактик. Но пока что непонятно, сколько их имеется вообще, и как они образуются. «Мы еще не знаем, отображает ли это первое наблюдение черной дыры среднего веса представителя совершенно нового класса двойных систем черных дыр или просто более массивное дополнение завершения спектра, который считался общепризнанным до сих пор», - говорит Карстен Данцманн, директор Институт гравитационной физики Макса Планка.
Обнаружение этого необычного события произошло во время третьего совместного наблюдательного цикла километровыми системами детекторов LIGO и Virgo, который начался 1 апреля 2019 года и завершился 27 марта этого года. Всего же исследователи зарегистрировали 56 гравитационно-волновых событий. GW 199521, событие 21 мая 2019 года, является четвертым из этих событий, которое ученые смогли подтвердить и опубликовать в отношение него подробный последующий астрофизический анализ. «Надеюсь, когда мы проанализируем все слияния черных дыр, которые LIGO и Virgo зафиксировали в ходе третьего цикла наблюдений, мы сможем узнать намного больше важного и интересного», - говорит Данцманн.
