Черные дыры промежуточной массы — космические объекты с массой в диапазоне от 100 до 350 масс Солнца — долгое время оставались одним из самых загадочных явлений для астрофизиков. Эти уникальные небесные тела занимают особое место между широко изученными черными дырами звездной массы и их сверхмассивными «родственниками», которые встречаются в центрах галактик. До недавнего времени их существование считалось лишь гипотезой, пока достижения таких проектов, как LIGO и Virgo, не позволили сделать существенный шаг к разгадке этой тайны Вселенной.
Открытие, которое меняет представление о черных дырах
Группа астрофизиков из Университета Вандербильта (США) под руководством Карен Джани и Кристал Руис-Роча, используя данные детекторов гравитационных волн LIGO (США) и Virgo (Италия), провела анализ событий космических слияний черных дыр. Благодаря точности этих приборов ученым удалось выявить 11 случаев столкновения объектов, масса которых достигает 100–300 солнечных. Это крупнейшие из зарегистрированных на сегодняшний день событий, относящихся к классу гравитационно-волновых явлений такого масштаба.
Каждое из этих событий предоставило уникальную возможность не только изучить параметры черных дыр, но и приблизиться к пониманию природы их формирования. Следует отметить, что исследования такого рода требуют анализа крайне малых временных промежутков: детекторы фиксируют лишь финальные мгновения перед самим слиянием, когда выделяется максимальная энергия и регистрируются мощные гравитационные волны.
LISA — будущее открытия черных дыр
Одной из самых многообещающих миссий ближайшего десятилетия станет запуск космического интерферометра LISA — совместного проекта NASA и Европейского космического агентства. Эту антенну развернут в космосе к концу 2030-х годов, и она будет способна наблюдать гравитационные волны с объектов промежуточной массы за годы до их слияния. Такой подход позволит не только регистрировать факты столкновений, но и детально отслеживать эволюцию черных дыр средней массы, расширяя границы фундаментальных знаний по астрофизике.
Сегодня благодаря инновационным технологиям анализа данных уже используют математические методы и сложные компьютерные модели: алгоритм Байеса помогает оценить вероятность образования черной дыры определенной массы на основании анализа предшествующих знаний. Для проверки результатов ученые задействовали три модели обработки сигналов: SEOBNRv4PHM, IMRPhenomXPHM и NRSur7dq4. Эти подходы позволяют с максимальной точностью определить массу, вращение и прочие параметры черных дыр до и после слияния.
Сенсационные результаты и новые кандидаты
В ходе исследования выяснилось, что как минимум 5 из 11 зафиксированных слияний с вероятностью 90% завершились рождением черной дыры промежуточной массы. Особенно впечатляющими оказались события GW191223 и GW191225, в которых масса новых объектов, вероятно, превзошла 120 солнечных. Это косвенно подтверждает гипотезу, что так называемые «космические гиганты» промежуточной массы могут возникать поэтапно, в процессе мульти-стадийных столкновений (мерджеров) в плотных скоплениях звезд либо вблизи активных ядер галактик.
Полученные данные существенно укрепляют аргументацию в пользу существования данного класса черных дыр. Это значит, что Вселенная оказывается куда разнообразнее и динамичнее, чем считалось ранее. Исследования LIGO, Virgo и перспективная миссия LISA создают мощный инструментарий для обнаружения и многоуровневого анализа столь уникальных астрофизических процессов.
Значимость новых моделей и вызовы будущего
Разумеется, не все модели обработки гравитационных сигналов дают одинаковые результаты — в некоторых случаях есть значительные расхождения. Причины могут быть связаны как с особенностями физических характеристик самих черных дыр (например, ориентацией оси вращения), так и с несовершенством теоретических моделей, особенно когда речь идет о сигналах низкой частоты.
Тем не менее этот труд стал первым столь всеобъемлющим байесовским анализом событий слияния черных дыр промежуточной массы, проведенным сразу по нескольким независимым методикам. Благодаря этой работе выделены перспективные кандидаты, а также обозначены направления для дальнейшего усовершенствования математических моделей, которые используются в современной астрофизике для интерпретации данных гравитационно-волновых наблюдений.
Оптимистичный взгляд в будущее: вклад международного сотрудничества
Успех новейших исследований гравитационных волн — это результат тесного взаимодействия ведущих научных коллективов, передовых технологий LIGO и Virgo и будущих инструментов, подобных LISA. Все это открывает большие перспективы для фундаментальных открытий в космологии и астрофизике. Анализ уникальных гравитационно-волновых событий уже сам по себе приносит новые знания о разнообразии черных дыр во Вселенной. В скором будущем запуск миссии LISA и дальнейшее развитие проекта LIGO/Virgo позволят более детально изучить, как формируются и эволюционируют массивные черные дыры, и, возможно, ответить на ключевые вопросы о природе космоса. Остается только ждать новых удивительных открытий, которые готовит передовая наука!
Источник: naked-science.ru
