Подія GW 231123 змінила уявлення про ріст чорних дір

Подія GW 231123 – злиття надмасивних чорних дір – ставить під сумнів класичні уявлення про межі їхнього формування.

Рекордне злиття: виклик традиційним моделям

23 листопада 2023 року інструменти LIGO, Virgo та KAGRA зафіксували наймасивніше злиття чорних дір в історії астрономії. Утворений об’єкт перевищує масу Сонця у 225 разів, що значно більше за попередній рекорд у 142 сонячні маси. «Це наймасивніша подвійна чорна діра, яку ми спостерігали за допомогою гравітаційних хвиль», – зазначив астрофізик Марк Ханнам з Кардіффського університету.

Особливо вражає, що обидві чорні діри були масивнішими за межу, встановлену для зіркового колапсу. Це вказує на те, що вони могли бути результатом попередніх злиттів. Отже, ймовірно, ми спостерігаємо не початкове зіткнення, а “другу хвилю” – етап формування ще масивніших чорних дір у процесі каскадного злиття.

Фізичні межі і обертання

За сучасними моделями, зоря, маса якої перевищує певну межу (40–60 сонячних мас), не здатна залишити після себе чорну діру. Вона вибухає як наднова з парною нестабільністю, повністю знищуючи ядро. Водночас вже відомі приклади об’єктів, які перевищують ці межі: злиття з 66 і 85 сонячними масами, наприклад, дало початок чорній дірі масою в 142 Сонця.

«Чорні діри такої масивності заборонені стандартними моделями зоряної еволюції», – підкреслює Ханнам. Особливість GW 231123 у тому, що обидві чорні діри мали високу швидкість обертання, наближену до гранично дозволеної. Це може свідчити про їхню попередню історію злиття, оскільки об’єкти, що проходять крізь злиття, набувають більшого моменту обертання.

Гравітаційні хвилі – джерело нових знань

З часу відкриття гравітаційних хвиль у 2015 році, астрономія зробила стрибок у вивченні невидимих, темних об’єктів. Інтерферометри фіксують десятки сигналів щороку, дозволяючи розраховувати масу, обертання і відстань до об’єктів. Але події на кшталт GW 231123 виділяються своєю складністю та науковим потенціалом.

«Маленькі чорні діри майже неможливо побачити без гравітаційних хвиль», – зазначають дослідники. Кожна така подія збагачує нашу теоретичну базу, даючи змогу перевіряти гіпотези про походження чорних дір, від зіркових до надмасивних, які ховаються в центрах галактик.

Можливі наслідки для теорій росту чорних дір

Подія GW 231123 може стати ключем до розуміння формування надмасивних чорних дір. Одне з найбільших питань сучасної астрофізики – як об’єкти, що виникають після смерті зірок, виростають до мільйонів або навіть мільярдів сонячних мас. Каскадні злиття – один із можливих механізмів.

Фізик Грегоріо Карулло з Бірмінгемського університету зазначає: «Знадобляться роки, щоб повністю розгадати цю складну схему сигналів». І хоча найвірогіднішим поясненням залишається злиття чорних дір, «більш складні сценарії можуть стати ключем до розшифровки його несподіваних особливостей».

Попереду – нові відкриття

Результати дослідження будуть представлені на двох провідних міжнародних конференціях з гравітаційної фізики. У центрі уваги – перегляд меж формування чорних дір та оновлення моделей зоряної еволюції. Подія GW 231123 не тільки розширює наші уявлення про гравітаційні катаклізми, а й ставить нові виклики фізиці надмасивних структур у Всесвіті.

Злиття чорних дір перетворюється з рідкісного космічного феномену на робочий інструмент для переписування астрофізичних теорій.