Исследователи описали метод, позволяющий определить происхождение и историю формирования черных дыр по особенностям их вращения. Анализ гравитационных волн от 69 событий слияния черных дыр выявил закономерности, указывающие на их «родословную».
Исследователи обнаружили, что изменения в скорости вращения черных дыр при достижении определенной массы указывают на их формирование путем последовательных слияний в плотных звездных скоплениях. Определить подобные изменения в невидимых объектах можно на основе анализа гравитационных волн, распространяющихся в пространстве-времени.
Это открытие важно для изучения природы сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы раз превышает массу Солнца. Такие объекты не могли образоваться напрямую из коллапсирующих звезд, и ученые предполагали, что они возникли в результате множественных слияний более мелких черных дыр.
«Наше исследование дает мощный, основанный на данных способ определения истории формирования черной дыры», — поясняет Изобель Ромеро-Шоу из Кембриджского университета. По ее словам, характер вращения черной дыры явно указывает на ее происхождение из серии слияний в густонаселенных звездных скоплениях.
Исследование основано на анализе гравитационных волн — колебаний в ткани пространства-времени, которые возникают при слиянии черных дыр. Эти сигналы ранее фиксировали детекторы LIGO и Virgo. Когда две черные дыры сближаются перед слиянием, они излучают все более интенсивные гравитационные волны, которые уносят часть кинетической энергии системы.
Исследователи обнаружили, что вращение черной дыры меняется, когда она достигает определенной массы. Это позволяет предположить, что она могла образоваться в результате серии многочисленных предыдущих слияний. Ученые выявили порог массы в данных гравитационных волн, при котором скорость вращения черной дыры постоянно меняется.
По словам ученых, закономерность согласуется с существующими моделями, которые предполагают, что черные дыры образуются в результате повторяющихся столкновений в скоплениях, а не в других средах, где распределение спина иное. Это дает надежную и относительно независимую сигнатуру для идентификации подобных черных дыр.
Руководитель исследования Фабио Антонини отмечает, что новый метод поможет различать черные дыры разного происхождения. Результаты работы позволят усовершенствовать компьютерные модели формирования этих космических объектов и точнее интерпретировать будущие наблюдения гравитационных волн.
