Возможно, обнаружены пропавшие черные дыры Вселенной
Десятилетиями астрономы предполагали, что черные дыры делятся на три основные категории.
Существуют черные дыры звездной массы — от 5 до 50 масс Солнца. Есть сверхмассивные черные дыры (СМЧД), чья масса в миллионы или даже миллиарды раз превышает солнечную.
Наконец, есть черные дыры промежуточной массы (ЧДПМ), занимающие промежуточное положение.
Если ученые уже наблюдали множество черных дыр звездной массы и СМЧД, то доказательства существования ЧДПМ найти гораздо сложнее. Это создает проблему: считается, что ЧДПМ являются переходным звеном между черными дырами звездной массы и СМЧД в процессе их роста — то есть тем самым «недостающим звеном» в эволюции черных дыр.
В серии новых исследований международная команда под руководством ученых из Lunar Labs Initiative (LLI) Университета Вандербильта заявила, что, возможно, нашла доказательства существования этих неуловимых объектов.
В одной из статей группа астрономов Кристал Руиз-Роча и Анджали Йолкер описала, как ученые повторно проанализировали данные обсерваторий LIGO (Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории) и Virgo Collaboration в поисках признаков слияний ЧДПМ.
Результаты показали, что эти обсерватории зафиксировали гравитационные волны от слияний черных дыр массой от 100 до 300 солнечных. Это делает данные события крупнейшими столкновениями черных дыр, зарегистрированными астрономами, и помещает их в диапазон, где, как ожидается, должны находиться легкие ЧДПМ.
«Черные дыры — это последние космические реликвии», — говорит астроном и старший автор исследования Каран Джани.
«Массы черных дыр, указанные в этом анализе, долгое время оставались предметом споров в астрономии. Эта новая популяция черных дыр открывает беспрецедентное окно в понимание первых звезд, осветивших нашу Вселенную».
В связанном исследовании ученые показали, как будущая миссия LISA (Лазерно-интерферометрическая космическая антенна), запуск которой запланирован на конец 2030-х годов, может помочь подтвердить эти результаты.
Если детекторы вроде LIGO и Virgo могут уловить лишь финальные стадии столкновения черных дыр, LISA сможет отслеживать их годами до слияния, пока они вращаются друг вокруг друга, создавая рябь в пространстве-времени. Такой длительный период наблюдений позволит астрономам больше узнать о происхождении, эволюции и дальнейшей судьбе этих объектов.
«Мы надеемся, что это исследование укрепит позиции черных дыр промежуточной массы как самого захватывающего источника для всей сети гравитационно-волновых детекторов — от Земли до космоса», — говорит Руиз-Роча.
«Каждое новое обнаружение приближает нас к пониманию происхождения этих черных дыр и причин, по которым они попадают в этот загадочный диапазон масс».
В дальнейшем команда планирует изучить, как можно наблюдать ЧДПМ с помощью гравитационно-волновых обсерваторий на Луне.
NASA рассматривает возможность создания такой обсерватории в рамках долгосрочных целей программы Артемида. Эта идея существует со времен Apollo и может быть реализована на основе эксперимента Lunar Surface Gravimeter, оставленного астронавтами Apollo 17.
«Это захватывающий момент в истории — не только для изучения черных дыр, но и для объединения научных границ с новой эрой космических и лунных исследований», — отмечает Джани.