Анализ свыше 150 сигналов гравитационных волн продемонстрировал, что сливающиеся черные дыры можно разделить на три категории с различным происхождением и массами.
Астрономы выявили, что сливающиеся черные дыры не составляют однородную популяцию. Анализ данных гравитационно-волновых наблюдений показал наличие как минимум трех различных подгрупп таких объектов, которые различаются по массам, характеру вращения и продолжительности слияний. Исследование основано на каталоге GWTC-4 коллаборации LIGO–Virgo–KAGRA, в котором содержится более 150 зарегистрированных следов столкновений черных дыр.
Работа опубликована в препринте на платформе arXiv:
Три сценария объединения черных дыр
Первая и наиболее многочисленная группа составляет около 79% всех наблюдений. В нее входят относительно легкие черные дыры массой порядка 10 солнечных масс. Их вращение медленное, а оси почти совпадают с орбитой системы. Такие характеристики свидетельствуют о том, что объекты образовались из пары звезд, которые эволюционировали вместе и затем коллапсировали в черные дыры без воздействия извне.
Вторая подгруппа включает примерно 14,5% систем и отличается средней массой около 35 солнечных. Их вращение более хаотично, а массы компонентов близки друг к другу. Исследователи связывают такие системы с плотными звездными средами — например, шаровыми скоплениями, где черные дыры могут захватывать друг друга под воздействием третьих сил.
Наиболее редкая третья популяция — около 2,5% — включает тяжелые системы с неравными массами и сложной динамикой вращения. Вероятно, они формируются в результате «иерархических» слияний, когда хотя бы одна из двух черных дыр уже является результатом предыдущего столкновения.
Почему это важно
Если бы все слияния происходили идентично, распределение масс и вращений было бы равномерным. Однако в данных наблюдаются четкие пики в районе 10 и 35 солнечных масс, а также изменения поведения систем в диапазоне от 20 до 40 солнечных масс. Это указывает на наличие различных путей формирования черных дыр.
Будущие наблюдения гравитационных волн помогут уточнить происхождение каждой подгруппы и проверить, насколько часто происходят повторные слияния. С ростом числа обнаружений ученые рассчитывают точнее понять эволюцию звезд и механизмы формирования самых массивных черных дыр.
