Чёрные дыры второго поколения нашли в данных LIGO, Virgo и KAGRA
Автор: Артур Берг Астрофизики предложили сценарий, по которому часть чёрных дыр второго поколения во Вселенной появляется не сразу из звёзд, а после прежних слияний. Новый разбор гравитационных волн показывает, что примерно 14% объектов в выборке могут относиться ко второму поколению.
Статья вышла в Physical Review Letters и опирается на 155 пар двойных чёрных дыр, которые зафиксировали LIGO, Virgo и KAGRA. Авторы отдельно выделяют два участка, где обычная схема звёздной эволюции начинает буксовать: около 46,2 массы Солнца и в районе 15,7 массы Солнца.
Как нашли чёрные дыры второго поколения
Чтобы отделить объекты первого поколения от тех, что уже успели пройти через предыдущее слияние, исследователи собрали модель на двух параметрах: спинах чёрных дыр и поведении их орбитальной плоскости. Когда вращение компонентов не совпадает, плоскость начинает прецессировать, и по этому «покачиванию» можно точнее восстановить массы и вращение объектов.
По данным видно, что для тяжёлых объектов картина довольно жёсткая: выше порога в 46,2 массы Солнца почти всё указывает на повторные слияния. Это совпадает с началом теоретического разрыва масс, который связывают с парно-нестабильными сверхновыми, то есть с режимом, когда особенно массивная звезда просто не оставляет компактного остатка.
И в нижнем диапазоне нашёлся не самый ожидаемый результат. Примерно на отметке 15,7 массы Солнца исследователи увидели отдельный пик доли объектов второго поколения, где их может быть не меньше 5%. Авторы связывают такую развилку с металличностью среды: лёгкие «перерождённые» чёрные дыры, по их расчётам, чаще возникают в звёздных скоплениях с химическим составом, близким к солнечному, а самые тяжёлые — в древних регионах, бедных металлами.
У этой работы есть и вполне прикладной смысл для гравитационно-волновой астрономии. Если не учитывать иерархические слияния, модели начинают почти вдвое завышать разброс спинов у чёрных дыр первого поколения. Для каталогов, где уже набралось сотен событий, это значит более точную реконструкцию того, как ведут себя массивные звёзды перед гибелью и какие термоядерные реакции в них вообще возможны.
