Астрономы зафиксировали гравитационный сигнал, который пришел из глубин Вселенной и был порожден самым массивным слиянием черных дыр среди всех когда-либо наблюдавшихся. Результатом также стало первое в истории обнаружение таинственной черной дыры средней массы — типа объектов, существование которых до сих пор не подтверждалось. Об открытии сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Сигнал GW190521 продолжительностью менее одной десятой секунды был обнаружен 21 мая 2019 года сотрудниками лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Сопутствующее расстояние до источника (учитывает расширение Вселенной с момента испускания сигнала) оценивается в 13 миллиардов световых лет (четыре гигапарсек). Это примерно соответствует возрасту Вселенной, когда та была вдвое моложе.
Согласно расчетам, GW190521, скорее всего, был испущен в момент слияния черных дыр в составе двойной системы. Их масса составляет 85 и 66 масс Солнца, соответственно. После слияния возникла черная дыра массой 142 Солнц и высвободилось огромное количество энергии в виде гравитационных волн, эквивалентное восьми массам Солнца.
Все наблюдаемые на сегодняшний день черные дыры относятся к одной из двух категорий: образующиеся при гибели звезд черные дыры, чья масса достигает от нескольких до десятков масс Солнца, и сверхмассивные черные дыры, такие, как та, что находится в центре галактики Млечный Путь. Однако черная дыра, возникшая в результате события GW190521, находится в промежуточном диапазоне масс между двумя этими типами.
Однако даже одна из слившихся черных дыр достаточно необычна. Дело в том, что коллапсирующие звезды с массой 130 Солнц порождают черные дыры с массой 65 Солнц. Однако при гибели более массивной звезды возникает явление, называемое парной нестабильностью, при котором взрыв настолько силен, что не остается ни нейтронной звезды, ни черной дыры. Звезды массой 200 Солнц вновь могут образовывать черные дыры, масса которых достигает 120 Солнц, но черные дыры с массой 65-120 Солнц не могут возникать в результате коллапса звезд. Этот промежуток называется разрывом масс парной нестабильности (pair instability mass gap).
Та участвовавшая в слиянии черная дыра, что имела массу 85 Солнц, однозначно находится в этом промежутке. Объяснением может служить то, что эта черная дыра сама возникла в результате слияния черных дыр звездной массы.
Впрочем, ученые уловили еще одну необычную особенность GW190521: четкий гравитационный сигнал был выявлен с помощью алгоритмов, осуществляющих общий поиск источников гравитационных волн. Это оставляет небольшой шанс, что источником сигнала могло стать не слияние черных дыр, а другое событие. Среди других причин гравитационных волн может быть крупная коллапсирующая звезда в Млечном Пути или топологический дефект, например, космическая струна, хотя эти версии гораздо менее вероятны.