Analiza 153 detekcije iz kataloga GWTC4 sugeriše da najmasivnije crne rupe nastaju u gustim globularnim klasterima kroz ponovljena hijerarhijska spajanja, a ne direktno iz kolapsa pojedinačnih izuzetno masivnih zvezda. Istraživači su identifikovali dve odvojene populacije: manje, spororotirajuće crne rupe verovatno iz supernova i veće, brzorotirajuće crne rupe s nasumičnim orijentacijama spinova. Podaci takođe podržavaju postojanje "pair-instability" masene praznine koja počinje oko 45 solarnih masa.
Najveće crne rupe možda nastaju u gustim klasterima — gravitacioni talasi otkrivaju trag
An artist's concept of two black holes circling each other before merging. | Credit: NASA
Naučnici su pronašli jake dokaze da najmasivnije crne rupe u univerzumu verovatno nastaju u najgušćim zvezdanim okruženjima — globularnim klasterima — gde su sudari i višestruka spajanja crnih rupa česta pojava. Otkriće pokazuje da nasilna dinamika u tim klasterima može graditi kosmičke džinove kroz seriju hijerarhijskih spajanja, umesto da te crne rupe nastaju direktnim kolapsom iz jedne izuzetno masivne zvezde.
Kako su došli do ovoga?
Tim istraživača analizirao je 153 detekcije spajanja crnih rupa iz verzije 4.0 kataloga LIGO–Virgo–KAGRA (GWTC4). Podaci dolaze od detektora LIGO, Virgo i KAGRA koji mere gravitacione talase — fluktuacije prostor-vremena predviđene u opštoj relativnosti Alberta Ajnštajna. Takvi talasi nastaju kada dve crne rupe kolabiraju i spoje se, „uzdrmavši“ tkanje prostor-vremena.
"Astronomija gravitacionih talasa sada radi više od prostog brojanja spajanja crnih rupa," rekao je vođa tima Fabio Antonini (Univerzitet u Kardifu). "Počinje da otkriva kako i gde crne rupe rastu, i šta nam to govori o životu i smrti masivnih zvezda."
Dve jasno odvojene populacije
Analiza ukazuje na dve različite populacije crnih rupa:
- Manje crne rupe: Verovatno su nastale klasičnim putem — kolapsom jezgra masivnih zvezda posle supernove. One obično pokazuju spore rotacije.
- Veće crne rupe: Imaju brže rotacije čiji su orijentacije naizgled nasumične — baš onako kako se očekuje ako su nastale nizom hijerarhijskih spajanja u gustim klasterima.
"Najviše nas je iznenadilo koliko jasno visokomase crne rupe odstupaju kao posebna populacija," rekla je Isobel Romero-Shaw (Univerzitet u Kardifu). "Njihovi spinovi i orijentacije odgovaraju scenariju ponovljenih spajanja u klasterima."
Masena praznina i prag od ~45 solarnih masa
Podaci takođe podržavaju postojanje dugo predviđene pair-instability masene praznine — opsega mase u kome se od zvezda ne očekuje da ostave crne rupe nakon smrti. Istraživači procenjuju da ovaj „zabranjeni“ raspon počinje otprilike oko 45 solarnih masa. Crne rupe teže od te granice koje su detektovane verovatnije su nastale spajanjem ranijih generacija crnih rupa, a ne direktnim kolapsom pojedinačne zvezde.
Kako je objasnio Antonini: "Ključno pitanje sada je da li ove detekcije ukazuju na to da naši modeli evolucije zvezda trebaju ispravku, ili su te crne rupe jednostavno proizvod dinamike klastera."
Šira značenja i sledeći koraci
Rezultati imaju važne implikacije za razumevanje kraja života najvećih zvezda i za dinamiku gustih zvezdanih sistema. Ako se potvrdí da hijerarhijska spajanja u klasterima grade najmasivnije crne rupe, to menja način na koji tumačimo demografiju crnih rupa i evoluciju zvezdanih populacija.
Istraživači naglašavaju da će buduće, osetljivije detekcije gravitacionih talasa pomoći da se ova slika dodatno razjasni — posebno da li objekti u „masenoj praznini" zaista potiču iz klastera ili ukazuju na nepoznate aspekte zvezdane evolucije.
Rad je objavljen 7. maja u časopisu Nature Astronomy.
Pomozite nam da budemo bolji.
