Черные дыры захватывают галактики: новая волна слияний пугает астрономов

Что если Вселенная скрывает в себе гораздо больше слияний черных дыр и нейтронных звезд, чем мы думали? Новейшие данные гравитационно-волновых обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA удвоили число зарегистрированных таких событий, открывая перед учёными целый ряд загадок и вопросов.

Революция в наблюдениях гравитационных волн

С момента открытия гравитационных волн в прошлом десятилетии, которое стало настоящим прорывом в физике и было отмечено Нобелевской премией, астрономы стремились понять, насколько часто происходят эти космические катаклизмы. Первое открытие подтвердило теорию Эйнштейна и показало, что при слиянии пары черных дыр теряется несколько процентов массы. Это означало, что при каждом таком событии масса Вселенной немного сокращается — удивительный факт, который породил новые гипотезы о природе темной материи и энергии.

Однако одного открытия было мало. Для понимания масштабов и типичности этих явлений нужна была статистика.

Новый каталог: 128 новых слияний за полгода

Гравитационно-волновые обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA проанализировали данные с мая 2023 по январь 2024 года и обнаружили 128 новых кандидатов на слияния черных дыр и нейтронных звезд. Ранее было известно всего 90 таких событий. Это значит, что подобные слияния происходят сотнями раз в год, что значительно превышает наши предыдущие оценки.

Большинство из них — слияния двух черных дыр. События с участием нейтронных звезд — либо между собой, либо с черными дырами — встречаются значительно реже.

Загадка преобладания черных дыр

Согласно астрофизике, черными дырами становятся объекты с массой выше примерно 2,17 солнечных, а нейтронные звезды — от 1,38 до 2,17 солнечных масс. При этом масса предшественника черной дыры или нейтронной звезды значительно больше, ведь взрыв сверхновой уносит большую часть массы.

И всё же наблюдения показывают, что слияний черных дыр гораздо больше, чем слияний нейтронных звезд, хотя по теории нейтронных звезд должно быть как минимум вдвое больше. Это вызывает серьёзные вопросы:

• почему слияния нейтронных звезд так редки?
• либо нейтронных звезд в космосе в разы меньше, чем считалось,
• либо черных дыр — в разы больше.

Противоречия с оптическими наблюдениями

Еще одна загадка — отсутствие ярких электромагнитных сигналов от слияний черных дыр. Если эти события происходят в дисках галактик, где много газа и пыли, вокруг черных дыр должны формироваться горячие аккреционные диски, которые можно было бы увидеть с помощью телескопов. Но в местах, откуда приходят гравитационные волны, таких свечений не наблюдается.

Чтобы объяснить эти парадоксы, была предложена теория циклической космологии. По ней черные дыры способны переживать циклы расширения и сжатия Вселенной, накапливаясь от одного цикла к другому. Это объясняет, почему их может быть гораздо больше, чем нейтронных звезд.

Иллюстрация наблюдений

На изображении синим и оранжевым цветом показаны слияния черных дыр и нейтронных звезд, зафиксированные гравитационно-волновыми обсерваториями. Желтым и красным — подобные события, зарегистрированные в оптическом диапазоне. Разрыв в результативности между гравитационно-волновыми и оптическими наблюдениями впечатляет: первые ведутся всего несколько лет, вторые — десятки лет.