Астрофизики из Кардиффского университета представили доказательства того, что наиболее крупные черные дыры во Вселенной формируются не в результате коллапса одиночных звезд, а путем последовательных столкновений в плотных звездных скоплениях. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, основано на анализе четвертой версии каталога гравитационно-волновых событий LIGO-Virgo-Kagra, который включает 153 подтвержденных случая слияния объектов.
Анализируя сигналы, ученые выделили две обособленные группы черных дыр. Первая состоит из объектов меньшей массы, характеристики которых соответствуют стандартным моделям эволюции и гибели массивных светил. Вторая группа включает значительно более тяжелые объекты с аномально высокой скоростью вращения. Ориентация осей их вращения оказалась случайной, что нехарактерно для парных звезд, но полностью соответствует физике многократных слияний в густонаселенных областях космоса, где плотность звезд может в миллионы раз превышать показатели в окрестностях Солнца.
Особое внимание авторы уделили так называемому разрыву масс – диапазону, в котором, согласно теоретическим расчетам, черные дыры не могут образовываться напрямую из звезд. Считается, что светила определенной массы взрываются настолько мощно, что полностью уничтожают себя, не оставляя после себя компактного объекта. Гравитационно-волновые детекторы зафиксировали черные дыры с массой около 45 масс Солнца, которые попадают в эту запретную зону. Факт их существования указывает на то, что они являются объектами второго поколения, возникшими в результате объединения более мелких предшественников.
Результаты работы позволяют по-новому взглянуть на динамику звездных скоплений и фундаментальные процессы ядерной физики. Ученые полагают, что изучение границы разрыва масс поможет уточнить характер ядерных реакций в недрах массивных звезд, в частности горение гелия. Таким образом, гравитационно-волновая астрономия переходит от простого количественного учета событий к детальному изучению жизненного цикла звезд и механизмов роста сверхмассивных объектов в экстремальных условиях.
