Астрономы обнаружили, что черные дыры, образовавшиеся в результате слияний, несут информацию об их предках

Астрономы полагают, что в центре большинства, если не всех, галактик находится титаническая черная дыра с массой, которая в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Эти сверхмассивные черные дыры не могут быть созданы непосредственно в результате коллапса массивной звезды, как в случае с черными дырами звездной массы с массами в десятки раз больше солнечной, поскольку ни одна звезда не является достаточно большой, чтобы породить такой огромный объект.

Это означает, что должны существовать процессы, которые позволяют черным дырам достигать таких огромных масс. Хотя потребление газа, пыли и даже звезд вокруг черных дыр может способствовать этому росту, более быстрый путь к увеличению массы — это цепочка слияний все более и более крупных черных дыр.

Статья, опубликованная в Астрофизика частиц Имре Бартос и Оскар Баррера с факультета физики Университета Флориды подробно описывают, как некоторые «дочерние» черные дыры, образовавшиеся в результате таких слияний, могут нести информацию о «родительских» черных дырах, которые столкнулись, чтобы создать их.

«Мы обнаружили, что черные дыры, рожденные в результате столкновения других черных дыр, несут с собой информацию о свойствах своих предков, включая вращение предков, а также их массу», — говорит Бартос. «Ключевым новым направлением наших исследований является реконструкция вращения предков черных дыр, основанная на предыдущих работах, посвященных массам предков».

Черные дыры имеют очень мало характеристик, которые можно использовать для их различения: они обладают лишь вариациями массы, углового момента или «спина» и электрического заряда. Физик-теоретик Джон Уиллер из Принстонского университета (США) описал это, сказав, что «у черных дыр нет волос». Бартос добавляет, что даже несмотря на эти несколько характеристик и «теорему об отсутствии волос», все еще возможно использовать вращение черной дыры, чтобы разгадать детали ее происхождения.

«Например, черные дыры, питающиеся за счет окружающего газа, или предыдущие столкновения «родительских» черных дыр могут привести к высокому вращению, тогда как при рождении в результате смерти и коллапса звезд черные дыры часто имеют низкое вращение», — продолжает Бартос.

Для проведения своего исследования Бартос и Баррера использовали математический метод, называемый байесовским выводом, взяв измеренные свойства черной дыры и их предварительные ожидания в качестве входных данных и выведя предполагаемые распределения свойств предков черной дыры. Исследование является своевременным, поскольку физики используют крошечные колебания пространства-времени, называемые гравитационными волнами, чтобы узнать больше о столкновениях и слияниях черных дыр.

«Недавние наблюдения за слиянием черных дыр намекают на возможность того, что линии сборки черных дыр — места, где несколько черных дыр сливаются последовательно, образуя, таким образом, все более и более тяжелые черные дыры, — могут быть обычным явлением во Вселенной.

«В связи с этим возникает вопрос, как мы можем восстановить свойства древних черных дыр на основе измерений новейшего поколения», — говорит Бартос. «Я очарован детективной историей о раскрытии того, что случилось с этими черными дырами в прошлом, и обнаружении там отпечатков пальцев предыдущих поколений».