Исследователи обнаружили новые признаки того, что крупнейшие черные дыры звездной массы формируются в крайне хаотичных условиях — внутри плотных шаровых скоплений, где объекты постоянно сталкиваются и взаимодействуют друг с другом. Вместо обычного коллапса массивной звезды такие черные дыры, вероятно, вырастают постепенно, проходя через цепочку повторных слияний.
К такому выводу ученые пришли после анализа 153 зарегистрированных событий слияния черных дыр из каталога LIGO–Virgo–KAGRA. Гравитационные волны, возникающие во время подобных столкновений, позволяют исследователям буквально «слышать» процессы, происходящие в глубинах космоса, и восстанавливать свойства объектов, породивших эти сигналы.
Команда обнаружила, что черные дыры делятся на две отчетливые группы. Более легкие объекты, судя по всему, появляются после взрывов сверхновых и последующего коллапса звездных ядер. Однако самые массивные черные дыры ведут себя иначе: они обладают быстрым и хаотично ориентированным вращением, что гораздо лучше соответствует сценарию многократных слияний внутри плотных звездных скоплений.
Особое внимание ученых привлек так называемый «разрыв масс» — диапазон, в котором черные дыры, согласно классическим моделям, вообще не должны образовываться. Считается, что очень массивные звезды полностью разрушаются при взрыве сверхновой и не оставляют после себя остатка. Этот предел начинается примерно с 45 масс Солнца.
Тем не менее детекторы гравитационных волн регулярно фиксируют объекты именно в этой области. По мнению исследователей, это может означать, что подобные черные дыры возникают не напрямую из звезд, а уже после нескольких предыдущих слияний. Внутри плотных шаровых скоплений такие процессы могут происходить значительно чаще, чем считалось ранее.
Авторы работы отмечают, что гравитационная астрономия постепенно превращается из инструмента регистрации столкновений в полноценный способ изучения эволюции черных дыр и звездных систем. Новые данные помогают понять не только судьбу массивных звезд, но и поведение материи в экстремально плотных регионах Вселенной.
