За последние несколько лет Гравитационно-волновая обсерватория с лазерным интерферометром (LIGO) обнаружила множественные гравитационные волны сливающихся черных дыр, приуроченных к присуждению Нобелевской премии по физике в 2017 году Кипу Торну, Барри Бэришу и Райнеру Вайсу. Окончательное подтверждение существования черных дыр было отмечено присуждением Нобелевской премии по физике 2020 года Андреа Гез, Рейнхарду Гензелю и Роджеру Пенроузу.
Таким образом, понимание происхождения черных дыр стало центральной проблемой физики.
Удивительно, но LIGO недавно обнаружила 2.6 кандидат в черные дыры солнечной массы (событие GW190814, описанное в Astrophysical Journal Letters 896 (2020) 2, L44). Если предположить, что это черная дыра, а не необычно массивная нейтронная звезда, откуда она взялась??
Черные дыры солнечной массы особенно интригуют, поскольку их не ожидают от традиционной астрофизики звездной эволюции.
Такие черные дыры могут возникнуть в ранней Вселенной (первичные черные дыры) или быть "преобразованными" из существующих нейтронных звезд. Некоторые черные дыры могли образоваться в ранней Вселенной задолго до образования звезд и галактик.
Такие изначальные черные дыры могут составлять часть или всю темную материю. Если нейтронная звезда захватывает первичную черную дыру, черная дыра поглощает нейтронную звезду изнутри, превращая ее в черную дыру солнечной массы. В результате этого процесса может образоваться популяция черных дыр солнечной массы, независимо от того, насколько малы изначальные черные дыры. Другие формы темной материи могут накапливаться внутри нейтронной звезды, вызывая ее окончательный коллапс в черную дыру солнечной массы.
Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, представляет собой решающий тест для изучения происхождения черных дыр солнечной массы. Этой работой руководил научный сотрудник Института физики и математики Вселенной им. Кавли (Кавли ИПМУ) Владимир Тахистов, а в международную команду входил Георгий М. Фуллер, заслуженный профессор физики и директор Центра астрофизики и космических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также Александр Кусенко, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и приглашенный старший преподаватель ИПМУ Кавли.
Ученый.
Как обсуждается в исследовании, "трансмутированные" черные дыры солнечной массы, оставшиеся от нейтронных звезд, пожираемых темной материей (либо крошечные первичные черные дыры, либо скопление темной материи с частицами), должны соответствовать распределению масс исходных нейтронных звезд. Поскольку ожидается, что массовое распределение нейтронной звезды достигнет максимума около 1.5 солнечных масс, маловероятно, что более тяжелые черные дыры с солнечной массой возникли из темной материи, взаимодействующей с нейтронными звездами. Это говорит о том, что такие события, как кандидат, обнаруженный LIGO, если они действительно представляют собой черные дыры, могут иметь изначальное происхождение из ранней Вселенной и, таким образом, сильно повлиять на наше понимание астрономии.
В будущих наблюдениях этот тест будет использован для исследования и определения происхождения черных дыр.
Ранее (см.
Fuller, Kusenko, Takhistov, Physical Review Letters 119 (2017) 6, 061101) та же международная группа исследователей также продемонстрировала, что разрушение нейтронных звезд маленькими первичными черными дырами может привести к большому разнообразию наблюдательных сигнатур и может помочь нам понять такие давние астрономические загадки, как происхождение тяжелых элементов (e.грамм. золото и уран) и избыток гамма-излучения 511 кэВ, наблюдаемый из центра нашей Галактики.