Астрономи виявили чорні діри міжзоряної проміжної маси

Пошук легких проміжних чорних дір: нове відкриття завдяки LIGO

У світі астрофізики одне з найбільших загадок — це і?хня тяжко пізнавана проміжна ланка між зоряними чорними дірами і надмасивними, що сидять у центрах галактик. Недавній аналіз даних третього циклу спостережень LIGO (O3) приніс переконливі докази на користь існування так званих легких проміжних чорних дір (IMBH) з масами ~100–350?маса Сонця.

Науковці проаналізували 11 потенційних сигналів злиття, які раніше вважалися обнадійливими, але не остаточно підтвердженими. Результати показали, що у п’яти випадках кінцева маса після злиття з високою ймовірністю належить до діапазону легких IMBH. Доповненням до цього є те, що у трьох випадках батьківські чорні діри мали маси, які виходили за межі зоряної еволюції — тобто їх сформували не зірки безпосередньо, а, можливо, інші чорні діри, що вже зливалися раніше.

Такий результат має велике значення. По-перше, він підтверджує наявність “масової прогалини” (~60 разів маса Сонця), де стандартна зіркова еволюція не дає пояснення утворення чорної діри. По-друге, вказує, що деякі чорні діри сформувалися шляхом иерархічних злиттів — попередніх подій гравітаційного об’єднання.

Для аналізу сигналів використовувалися посилені моделі гравітаційних хвиль, в тому числі з урахуванням вищих гармонік і алгоритмів байєсового висновку (наприклад, RIFT). Такі методи дозволяють виділити слабкі сигнали на фоні шуму і краще визначити маси та параметри об’єктів.

Це далеко не перше відкриття IMBH: дата події GW190521 у 2020 році стала першим підтвердженим злиттям двох чорних дір (~66 та 85?маса Сонця) із утворенням чорної діри ~142?маса Сонця. Нові кандидати з O3 розширюють вибірку, насичуючи картину масових потенційних шляхів еволюції чорних дір.

Надалі ця лінія досліджень має сильний потенціал. Зі стартом четвертого циклу спостережень LIGO (O4), а також із включенням додаткових аналізів даних з майбутніх детекторів — таких як LISA, Einstein Telescope або Cosmic Explorer — науковці зможуть розширити вибірку IMBH, підтвердити походження сигналів та вивчити фізику їхнього формування з більшим рівнем точності.

Таким чином, відкриття легких IMBH зміцнює нашу впевненість у тому, що чорні діри можуть еволюціонувати не лише через колапс зірок, а й через попередні злиття. Це відкриває важливий погляд на ростову траєкторію чорних дір — від зоряної маси до масивної і, можливо, до надмасивної.