Ученые знакомятся с черными дырами, сталкивающимися в ночи. Еще в 2015 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (или LIGO) вошла в историю, обнаружив грохот в пространстве-времени, вызванный столкновением двух черных дыр в далекой-далекой галактике. Это первое обнаружение подтвердило существование двойных черных дыр звездной массы или тех, которые рождаются в результате впечатляющих смертей сверхновых массивных звезд. С тех пор мы обнаружили еще несколько слияний (плюс бонусное слияние нейтронных звезд!).
Теперь, в исследовании, опубликованном 10 апреля 2018 года в журнале Physical Review Letters, исследователи предполагают, что черные дыры, вероятно, неоднократно сливаются, образуя черные дыры, которые слишком массивны, чтобы их могла произвести только одна звезда. А шарообразные звездные скопления могут быть идеальным соседством для формирования и слияния таких объектов - снова и снова.
«Мы думаем, что эти скопления образовались из сотен или тысяч черных дыр, которые быстро погрузились в центр», - сказал Карл Родригес из Массачусетского технологического института и Института астрофизики и космических исследований им. Кавли в своем заявлении. «Такого рода скопления, по сути, являются фабриками для двойных черных дыр, где в небольшой области пространства свисает так много черных дыр, что две черные дыры могут сливаться и образовывать более массивную черную дыру. Затем эта новая черная дыра может найти другого компаньона и снова слиться."
LIGO еще не заметил ни одного из этих «слияний второго поколения». Все обнаруженные на сегодняшний день слияния связаны с черными дырами звездной массы (которые, вероятно, образованы одиночными массивными звездами). Однако, если в будущем будут обнаружены гравитационные волны от события слияния с участием черной дыры, в 50 раз превышающей массу нашего Солнца, это будет убедительным доказательством того, что происходит повторное слияние черных дыр. И это было бы здорово.
" Если мы подождем достаточно долго, то, в конце концов, LIGO увидит нечто, что могло исходить только от этих звездных скоплений, потому что это будет больше, чем все, что можно получить от одиночной звезды", - добавил Родригес.
Большинство галактик являются домом для шаровых скоплений, причем большее количество скоплений находится в более крупных галактиках. Таким образом, массивные эллиптические галактики могут содержать десятки тысяч скоплений, тогда как Млечный Путь насчитывает около 200, а ближайшее из них находится на расстоянии 7000 световых лет от Земли. Эти скопления содержат древние звезды, собранные в небольшой объем, так что созрели условия для того, чтобы любые черные дыры внутри этих скоплений упали в центр и сблизились с любыми другими черными дырами, которые могут скрываться.
Должныдве черные дыры дрейфовать близко друг к другу после падения из разных частей скопления, расчеты относительности предполагают, что они будут излучать гравитационные волны, тем самым истощая энергию своего движения через кластер. Это заставило бы черные дыры замедлиться и начать вращаться по спирали, в конечном итоге выйдя на бинарную орбиту друг вокруг друга. Тогда их судьбы решаются. Обе черные дыры будут продолжать излучать гравитационные волны, заставляя их орбиту сжиматься до тех пор, пока пара не столкнется, не сольется и не взорвется мощным взрывом гравитационных волн, который унесется прочь со скоростью света. Эта вновь слившаяся черная дыра будет болтаться внутри скопления, ожидая, пока другая черная дыра проплывет мимо и снова начнет бинарный танец.
Однако, когда команда Родригеса провела моделирование, они предположили, что сливающиеся черные дыры быстро вращаются, и результаты были, ну, довольно баллистическими.
" Если две черные дыры вращаются, когда они сливаются, черная дыра, которую они создают, будет излучать гравитационные волны в одном предпочтительном направлении, как ракета, создавая новую черную дыру, которая может выстрелить со скоростью 5, 000 километров в секунду - так, безумно быстро», - сказал Родригес.«Для того, чтобы вырваться из одного из этих скоплений, требуется всего лишь толчок со скоростью от нескольких десятков до ста километров в секунду».
По этой логике, если слившиеся черные дыры загружаются из кластеров, они не могут снова слиться. Но после анализа типичного вращения черных дыр, обнаруженных LIGO, команда обнаружила, что вращение черных дыр намного ниже, а это означает, что меньше шансов, что скопления выпустят свои недавно слившиеся черные дыры. Сделав эту поправку, исследователи обнаружили, что почти 20 процентов двойных черных дыр будут иметь по крайней мере одну черную дыру, которая образовалась в результате предыдущего слияния. И, по их расчетам, черные дыры второго поколения должны иметь контрольный диапазон масс от 50 до 130 масс Солнца. Нет другого способа создать черные дыры такой массы, если бы не слияния.
Итак, теперь все детекторы гравитационных волн мира должны найти сигнал, исходящий от черной дыры второго поколения.
Интересно
По данным Европейского космического агентства, возраст шарового звездного скопления NGC 362 в Млечном Пути составляет от 10 до 11 миллиардов лет. Самой галактике более 13 миллиардов лет.