Представьте себе, что вы слушаете сердцебиение вселенной и обнаруживаете ритм, которого не должно быть. Именно это и произошло с исследователями, анализирующими гравитационные волны: они услышали «бум» столкновений между промежуточными черными дырами, космическими объектами, которые, казалось, сошли со страниц учебника по теоретической физике. Эти гравитационные монстры с массой от 100 до 300 масс Солнца представляют собой недостающее звено между звездными черными дырами и сверхмассивными. Их открытие переписывает то, что мы знаем о формировании первых космических гигантов.
Промежуточные черные дыры: призраки космоса действительно существуют
В течение многих лет промежуточные черные дыры были призраками космологии. Теория предсказывала их существование, но никто никогда не ловил их на месте преступления. Проблема проста: они слишком массивны, чтобы родиться в результате коллапса одной звезды, но слишком малы, чтобы быть монстрами, правящими галактиками. Это немного похоже на поиск мифического зверя, который живет на эволюционной нейтральной территории.
Команда под руководством Анджали Йеликар e Кристал Руис Роча из Университет Вандербильта он сделал то, что казалось невозможным: раскопал этих неуловимых скрытых гигантов переанализируем данные третьей кампании наблюдений LIGO и Virgo. Результат? Одиннадцать гравитационных событий, рассказывающих историю слияний промежуточных черных дыр, самых тяжелых из когда-либо зарегистрированных гравитационной астрономией.
Каран Джани, возглавляющий проект, имеет поэтическое, но точное видение: «Черные дыры — это космические ископаемые par excellence. Массы, которые мы обнаружили в этом анализе, оставались в астрономии предметом больших спекуляций на протяжении десятилетий».
Когда Вселенная звучит по-другому
Сигналы, обнаруженные LIGO и Virgo, не похожи на классический гравитационный «чириканье», который мы привыкли слышать. Как объяснил один исследователь, «Это не очень похоже на щебетание, которое мы обычно слышим. Это больше похоже на что-то, делающее «бах», и это самый мощный сигнал, который когда-либо видели LIGO и Virgo».
Причина физическая: чем массивнее черные дыры, тем ниже частота гравитационного сигнала. Эти промежуточные черные дыры производят волны, которые вибрируют на частотах настолько низких, что они находятся на пределе чувствительности земных приборов. Но именно эта характеристика делает их ценными: они позволяют нам заглянуть в далекие эпохи, когда Вселенная была молодой и первые звезды умирали, создавая первые черные дыры.
Недостающее звено в космической истории
Открытие этих промежуточных черных дыр решает загадку, которая мучила астрофизиков на протяжении десятилетий. Как я указал в этой статье, Вселенная, по-видимому, имеет бимодальное распределение черных дыр: либо они маленькие (до 50 солнечных масс), либо они гигантские (миллионы солнечных масс). Но как мы попадаем из одного в другой?
Ответ может заключаться в иерархических слияниях. Эти промежуточные черные дыры могут образовываться, когда черные дыры меньшего размера многократно сталкиваются, увеличивая свою массу с каждым столкновением. Это процесс, требующий плотной среды, такой как центры звездных скоплений или газовые диски, окружающие сверхмассивные черные дыры.
Промежуточные черные дыры: окно в далекое прошлое
Что делает эти одиннадцать событий по-настоящему особенными, так это их способность поведать нам древние истории. Исследование, опубликованное на Astrophysical Journal Letters, открывает окно в первый миллиард лет Вселенной, когда первые массивные звезды завершили свою жизнь впечатляющими взрывами.
Яни Он убежден, что мы живем в исторический момент: «Это популяция черных дыр, которая предлагает нам беспрецедентное окно в самые первые звезды, осветившие нашу Вселенную».
Будущие наблюдатели, такие как LISA, которую мы уже обсуждали, может захватить даже более старые сигналы, позволяя нам стать свидетелями рождения первых промежуточных черных дыр. Путешествие сквозь гравитационное время, которое приведет нас к истокам Вселенной, какой мы ее знаем.
Вселенная, кажется, все еще хранит множество секретов. И мы только начинаем слышать ее самые древние истории.
