Серед усіх об'єктів у Всесвіті небагато є такими ж загадковими, як чорні діри. За останнє десятиліття обсерваторії гравітаційних хвиль виявили їх у різноманітних формах: гігантські чорні діри, які виявилися набагато масивнішими, ніж ми думали, чорні діри, що обертаються з приголомшливими швидкостями, та пари, маси яких настільки різняться, що вчені не могли їх пояснити.
З новими даними гравітаційних хвиль від співпраці LIGO-Virgo-KAGRA астрономи нарешті отримали достатньо виявлень, щоб перейти від окремих випадків до справжнього перепису популяції чорних дір.
І нова картина свідчить про те, що у Всесвіті існує дивовижно різноманітний спектр методів формування чорних дір.
Цей набір з майже 400 виявлень гравітаційних хвиль від LIGO та Virgo надає чітке свідчення того, що злиття бінарних чорних дір відбувається кількома різними способами, пояснює астрофізик Шаран Банагірі з Монашського університету.
Деякі чорні діри можуть формуватися з одного великого газового хмари, що колапсує, утворюючи дві масивні зірки, які потім стають чорними дірами. Інші можуть бути чорними дірами, які зустрічаються одна з одною в щільних середовищах, званих кластерами, де зірки щільно упаковані. А ще інші є продуктом попереднього покоління злиттів між двома чорними дірами.
Чорні діри надзвичайно важко вивчати. Вони складаються з матерії, настільки щільно упакованої, що їхня екстремальна гравітація викривляє простір-час навколо них у регіон, з якого навіть світло не може втекти.
З моменту першого виявлення гравітаційних хвиль у 2015 році, наша здатність виявляти події гравітаційних хвиль покращилася, і виявлення зросли до 390 у новому каталозі гравітаційних хвиль – більшість з них від злиття пар чорних дір.
Це середня швидкість майже 40 виявлень на рік.
З новим каталогом у нас тепер достатньо даних, щоб почати розбиратися в властивостях цих чорних дір і з'ясувати, звідки вони походять, говорить астрофізик Максиміліано Ісі з Фонду Симонса.
Кожен сигнал гравітаційних хвиль можна аналізувати, щоб вивести властивості чорних дір, які беруть участь. Це включає маси та оберти двох чорних дір, що зливаються, а також оцінювану масу та оберт нової чорної діри, що утворилася внаслідок злиття.
Статистичний аналіз показує, що маси чорних дір, як правило, групуються в двох основних категоріях: 10 сонячних мас і 35 сонячних мас. Перша, ймовірно, походить від звичайних бінарних зірок, що еволюціонують разом, але друга важче пояснити лише стандартною еволюцією зірок.
Однак інші тенденції свідчать про те, що ці більші об'єкти можуть бути "чорними дірами другого покоління", які зросли в масі внаслідок попереднього злиття між меншими чорними дірами.
Ця послідовність злиттів називається ієрархічним злиттям.
Один з найцікавіших аспектів нових чорних дір полягає в тому, що вони обертаються дуже швидко. Якщо Сонце обернулося б так швидко, як виявлені чорні діри, воно оберталося б кілька тисяч разів на секунду.
Цікавий факт
Чорні діри можуть бути настільки масивними, що їхня гравітація викривляє простір-час навколо них, створюючи регіон, з якого навіть світло не може втекти.