Гравитационные волны выявили три типа чёрных дыр с разными историями рождения
С момента первой регистрации гравитационных волн в 2015 году детекторы LIGO, Virgo и KAGRA зафиксировали сотни событий столкновения чёрных дыр. Но фундаментальный вопрос оставался без ответа: откуда берутся эти чёрные дыры? Теперь два независимых исследования, опубликованных в *Physical Review Letters*, дают неожиданно согласующийся ответ — сливающиеся чёрные дыры образуют не одно, а три различных класса.
Что рассказывают гравитационные волны
Каждый раз, когда две чёрные дыры по спирали сближаются и сливаются, рябь в пространстве-времени несёт информацию об их массах и спинах — скорости и направлении вращения каждой. Анализ этих данных из четвёртого каталога гравитационно-волновых событий (GWTC-4), включающего более 150 зафиксированных слияний, позволил обнаружить чёткую структуру.
Первая группа учёных под руководством Кейлин Планкетт из Массачусетского технологического института выявила подпопуляцию «иерархических» слияний — событий, в которых одна или обе чёрные дыры уже являются продуктом предыдущего слияния. Выше определённого порога масс популяция оказывается практически целиком «иерархической». Существование отдельных подгрупп низко- и высокомассивных иерархических объектов указывает на вклад звёздных скоплений как с высокой, так и с низкой металличностью.
Вторая группа под руководством Шарана Банагири из Университета Монаша взяла другой подход: вместо поиска признаков иерархии она просто искала переходы в распределении масс. Результат — три чётких подпопуляции со своими пиками масс и характеристиками спина.
Три класса чёрных дыр — три истории
Полученные данные позволяют связать каждую подпопуляцию с определённым механизмом образования:
**Маломассивная подпопуляция** (пик около 10 масс Солнца): предположительно формируется через химически однородную эволюцию двойных звёзд или ранние звёзды Вселенной — первое поколение звёзд (Population III).
**Среднемассивная подпопуляция** (пик около 35 масс Солнца): наиболее распространённая группа, скорее всего включает классические двойные звёзды, прошедшие стандартный путь эволюции.
**Высокомассивная подпопуляция**: высокие спины и большие массы указывают на динамическую сборку в плотных звёздных скоплениях или в дисках аккреции вокруг сверхмассивных чёрных дыр в ядрах активных галактик.
«Признаки чёткой, масс-зависимой подструктуры в распределении спинов всё больше подтверждаются», — говорится в публикации Планкетт и соавторов. Тем не менее авторы оговариваются: прямое однозначное сопоставление подпопуляций с конкретными каналами образования пока остаётся задачей для будущих наблюдений.
Что это меняет
Читайте также по теме: новых данных о чёрных дырах.
Сам факт, что детекторы уже накопили достаточно событий для статистического выявления скрытой структуры, означает переход гравитационно-волновой астрономии в новую эпоху. На подходе обновления детекторов и новый каталог — GWTC-5, охватывающий данные четвёртого наблюдательного сеанса. С ним картина должна стать значительно чище.
