Ученые Йенского университета (Германия), Туринского университета и Национального института ядерной физики (Италия) выяснили, что событие слияния черных дыр GW190521, обнаруженное в 2019 году, является исключительно редким случаем случайного столкновения двух черных дыр, которые не вращались вокруг друг друга, а летели по независимым траекториям. Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Наблюдения гравитационных волн, которые испускаются системами с двумя компактными объектами (нейтронными звездами или черными дырами), продемонстрировали, что столкновения происходят, когда эти объекты вращаются по спирали, постепенно сближаясь друг с другом. Это вращение порождает рябь пространства-времени, которое на протяжении долгого времени регистрируется лазерными интерферометрами обсерватории LIGO (США) и детектором Virgo (Италия). Однако 21 мая 2019 года астрономы зафиксировали кратковременный гравитационно-волновой сигнал GW190521, который бросил вызов текущему пониманию астрофизики черных дыр.
Исследователи смоделировали гравитационно-волновые волны, которые должны исходить от двух столкнувшихся во время движения по гиперболическим траекториям черных дыр. Сценарий динамического захвата, который наилучшим образом соответствует наблюдаемым данным, предполагает, что черные дыры, имевшие массы примерно 81 и 52 массы Солнца, сначала пролетели поблизости друг от друга, однако взаимное гравитационное поле притянуло их обратно, в результате чего и произошло слияние с образованием черной дыры средней массы.
Черные дыры средней массы — это класс черных дыры с массами от 100 до 100 тысяч масс Солнца, которые слишком велики, чтобы возникнуть в результате коллапса звезд, но не поглощают материю в таких количествах, как сверхмассивные черные дыры, существуя в более спокойных условиях. Механизмы их возникновения не совсем ясны, однако случай GW190521 подтверждает, что они могут возникать в результате слияния двух черных дыр звездной массы. Предыдущие исследования показали, что эта черная дыра имеет массу около 142 масс Солнца, а еще девять солнечных масс было потеряно в результате испускания гравитационных волн.