В нашей галактике может быть 100 миллионов черных дыр

В январе 2016 года ученые обсерватории LIGO вошли в историю, когда заявили о первом обнаружении гравитационных волн. При поддержке Национального научного фонда и ученых из Калтеха и MIT, LIGO была специально предназначена для поиска и изучения этих волн, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна и вызванных слияниями черных дыр.

Согласно новому исследованию группы астрономов из Центра космологии в Калифорнийском университете Ирвина, такие слияния гораздо более распространены, чем мы думали. После проведения обследования космоса, которое должно было рассчитать и классифицировать черные дыры, команда университета определила, что в нашей галактике может быть до 100 миллионов черных дыр. Это несет значительные последствия для изучения гравитационных волн.

Исследование недавно появилось в ежемесячных заметках Королевского астрономического общества. Под руководством Оливера Д. Элберта, аспиранта кафедры физики и астрономии, ученые провели анализ сигналов гравитационных волн, обнаруженных LIGO.

Больше вопросов

Их исследование началось примерно полтора года назад, вскоре после того, как LIGO объявила первое обнаружение гравитационных волн. Эти волны были созданы слиянием двух далеких черных дыр, масса каждой из которых была эквивалентна 30 солнечным. Как рассказал Джеймс Буллок, профессор физики и астрономии в Калифорнийском университете в Ирвине и соавтор статьи:

«В сущности, обнаружение гравитационных волн было серьезным делом, поскольку подтвердило важное предсказание общей теории относительности Эйнштейна. Но затем мы рассмотрели поближе астрофизику фактического результата слияния двух черных дыр массой в 30 солнечных. Это было поразительно, и мы задались вопросом: насколько распространены черные дыры такого размера и как часто они сливаются?».

Традиционно астрономы придерживались мнения, что черные дыры обычно такой же массы, как и наше Солнце. Таким образом, они стремились интерпретировать множественные гравитационные волны, обнаруженные LIGO, на языке галактических формирований, который уже был известен. Помимо этого, они также стремились создать основу для прогнозирования будущих слияний черных дыр.

И так они пришли к выводу, что в галактике Млечный Путь должно быть до 100 миллионов черных дыр, 10 миллионов из которых должны иметь порядка 30 солнечных масс — то есть быть вроде тех, слияние которых обнаружила LIGO в 2016 году. Между тем карликовые галактики — вроде Дракона, которая вращается на расстоянии 250 000 световых лет от центра нашей галактики, — должны вмещать порядка 100 черных дыр.

Далее они определили, что сегодня большинство маломассивных черных дыр (порядка 10 солнечных масс) находятся в галактиках в 1 триллион солнечных масс (массивных галактиках), а массивные черные дыры (в 50 масс) — в галактиках в 10 миллиардов солнечных масс (карликовых галактиках). Изучив связь между массой галактик и звездной металличностью, они интерпретировали число черных дыр каждой галактики как функцию ее звездной массы.

Частое явление?

Кроме того, они также пытались определить, как часто черные дыры появляются парами, как часто они сливаются и сколько на это уходит времени. Анализ показал, что лишь небольшая часть черных дыр должна участвовать в слиянии, чтобы объяснить наблюдения LIGO. Также он предложил прогнозы, которые показали, что в следующем десятилетии должны слиться еще большие черные дыры.

Как говорит Маной Каплингхат, профессор физики и астрономии, принимавший участие в исследовании:

«Мы показали, что только 0,1-1% черных дыр должен слиться, чтобы объяснить увиденное LIGO. Конечно, черные дыры должны быть достаточно близко, чтобы слиться в определенное время, и эта проблема остается открытой… Если текущие представления об эволюции звезд верны, наши вычисления показывают, что слияния даже 50 солнечных масс должны быть обнаружены через несколько лет».

Другими словами, наша галактика может изобиловать черными дырами, а слияния могут происходить на постоянной основе (по космологическим меркам). Таким образом, мы можем ожидать, что в ближайшие годы в будущем появятся новые возможности обнаружения гравитационных волн. Это не должно удивлять, поскольку с зимы 2016 года LIGO сделала еще два открытия.