Мифы о черных дырах рушатся? Гравитационные волны не подтверждают дефицит черных дыр определенной массы
Данные гравитационных обсерваторий LIGO и Virgo поставили под сомнение фундаментальную теорию астрофизики: статистически значимого «провала» в массах черных дыр, который предсказывали модели звездной эволюции, обнаружено не было. Исследователи из Австралии, проанализировав последний каталог гравитационно-волновых событий GWTC-3, пришли к выводу, что дефицит черных дыр в диапазоне от 10 до 15 солнечных масс, а также от 14 до 22 масс Солнца, не подтверждается на имеющемся уровне точности.
Крах теории «несостоявшейся сверхновой»?
Долгое время считалось, что процесс формирования черных дыр подчиняется строгой логике. Эволюция массивных звезд, их металличность и «компактность» ядра должны были создавать разрыв в распределении масс финальных объектов. Согласно господствовавшей гипотезе, ядра с низкой компактностью порождают мощные вспышки сверхновых и нейтронные звезды, в то время как более плотные ядра коллапсируют непосредственно в черные дыры, минуя стадию яркого взрыва. Этот сценарий «несостоявшейся сверхновой» и должен был приводить к тому, что черные дыры средней массы встречаются реже.
Парадокс чирп-массы
Ключевой проблемой интерпретации данных оказалась так называемая «чирп-масса» — комбинированная характеристика пары сливающихся объектов. Чтобы перевести ее в массы конкретных черных дыр, ученым приходится делать допущения о том, как именно эти объекты «спариваются» в двойных системах. Австралийские физики разработали сложные математические модели, учитывающие различные сценарии такого спаривания. Результат показал: если отказаться от упрощенного предположения о слиянии равных по массе черных дыр, то следы «провала» в данных полностью исчезают, растворяясь в статистическом шуме.
Это не означает, что теоретический «провал» не существует в природе. Скорее, исследование демонстрирует, что текущая чувствительность наземных обсерваторий LIGO, Virgo и KAGRA, работающих в нынешнем цикле, может быть недостаточной для его однозначной регистрации. Естественные флуктуации в данных и неполнота выборки пока не позволяют сделать окончательный выбор между разными моделями звездной смерти.
Подобное расхождение между предсказаниями и наблюдениями — нормальный этап научного поиска. Вопрос о существовании «массового провала» перешел из разряда доказанных фактов в категорию открытых гипотез. Окончательный ответ, вероятно, даст космическая обсерватория LISA, которая сможет регистрировать гравитационные волны на принципиально иных частотах, открывая доступ к изучению более ранних этапов слияния черных дыр. Именно это столкновение теории и накопленных эмпирических данных, а не простое подтверждение ожиданий, и является главным двигателем прогресса в понимании законов Вселенной.
