Новый рекорд LIGO, Virgo и KAGRA: зафиксировано слияние черных дыр рекордной массы
23 ноября 2023 года сеть гравитационно-волновых интерферометров LIGO-Virgo-KAGRA зафиксировала событие GW231123 — самое мощное столкновение черных дыр из всех, что удавалось обнаружить до сих пор. Зарегистрированный гравитационный сигнал свидетельствовал о слиянии двух черных дыр массой около 100 и 140 солнечных масс, в результате чего образовалась финальная черная дыра массой примерно 225 солнечных масс. Этот результат побил предыдущий рекорд события GW190521, обнаруженного в 2021 году, где итоговая масса оценивалась в 140 солнечных масс.
Наблюдение было сделано в ходе четвертой наблюдательной кампании коллаборации LVK, стартовавшей в мае 2023 года. Сигнал GW231123 примечателен не только исключительной массой участвовавших в нем черных дыр, но и их быстрым вращением. Согласно предварительному анализу, обе компоненты системы находились близко к пределу спина, предсказанному Общей теорией относительности Эйнштейна, что осложнило расшифровку сигнала.
Это экстремальное событие ставит новые вопросы о формировании черных дыр промежуточной массы — категории, вызывающей большой научный интерес. Современные теории звездной эволюции не могут полноценно объяснить существование объектов в этом "массовом разрыве" (примерно 65–120 солнечных масс). Одна из ведущих гипотез предполагает, что такие черные дыры образуются в результате предыдущих слияний в средах с высокой звездной плотностью, например, в шаровых скоплениях.
Система черных дыр, бросающая вызов моделям звездообразования
Суммарная масса и высокий спин черных дыр, участвовавших в GW231123, противоречат стандартным моделям звездной эволюции. Согласно текущим теориям, столь массивные черные дыры не могут образоваться напрямую из коллапса массивных звезд из-за механизмов вроде парно-неустойчивых сверхновых, которые предотвращают появление компактных остатков в этом массовом диапазоне.
Наиболее правдоподобное объяснение — хотя бы одна из двух черных дыр сама является продуктом более раннего слияния в рамках иерархического процесса роста. Подобная эволюция более вероятна в плотных средах, таких как звездные скопления или галактические ядра, где гравитационные взаимодействия способствуют множественным слияниям. Такие процессы приводят к образованию черных дыр промежуточной массы — пока малоизученной, но все более значимой популяции в астрофизических исследованиях.
GW231123 предоставляет редкую возможность напрямую наблюдать подобное событие. Для анализа сигнала потребовались продвинутые численные модели, учитывающие как огромную массу, так и экстремальное вращение объектов. Дальнейшее совершенствование теоретических инструментов в ближайшие годы позволит лучше понять не только происхождение таких систем, но и динамические условия, делающие их возможными.
К следующему поколению гравитационно-волновых обсерваторий
Свыше 200 событий, зафиксированных только в четвертом цикле наблюдений, демонстрируют, что сеть LIGO-Virgo-KAGRA приближается к пределам возможностей современного оборудования. Такие события, как GW231123, ясно показывают, что гравитационная астрономия вступила в новую фазу научной зрелости: теперь можно не только обнаруживать явления, но и детально изучать их динамические свойства и эволюционную историю.
В будущем интерферометры третьего поколения — например, Einstein Telescope в Европе и Cosmic Explorer в США — позволят исследовать еще более далекие и сложные события. Параллельно космическая миссия LISA (ЕКА), запуск которой запланирован на 2035 год, откроет новое окно в наблюдениях за гравитационными волнами в недоступных сегодня масштабах времени и массы.
Данные о GW231123 будут официально представлены на конференции GR24-Amaldi (Глазго, Шотландия, 14–18 июля 2025 года) и опубликованы в Gravitational Wave Open Science Center (GWOSC), чтобы международное научное сообщество могло детально изучить одно из самых экстремальных гравитационных событий в истории наблюдений.