Поиск гравитационных волн вышел на новый уровень

Трио исследователей из Университета Гонконга, Института астрономии и астрофизики Academia Sinica в Тайване и Северо-западного университета в США разработало альтернативную теорию, объясняющую, как некоторые черные дыры звездной массы могут расти больше других. Свою теорию ученые Shu-Xu Yi, K.S. Cheng и Ronald Taam описали в статье, которая была опубликована в «The Astrophysical Journal Letters».

С момента первоначального обнаружения гравитационных волн три года назад было выявлено еще пять подобных явлений — и все пять из них были отнесены к выбросам, созданным слиянием двух звездных черных дыр. Шестой случай был связан с слиянием нейтронных звезд. В рамках исследования этих событий разнообразные исследователи космоса были удивлены размером черных дыр звездной массы, создающими гравитационные волны — они были больше, чем другие черные дыры звездной массы. Их грандиозная величина до сих пор объяснялась теорией о том, что они стали больше в связи с тем, что содержали очень небольшое количество звезд содержащих металлы, создающие основу звездной массы, и поэтому выпускали слабые порывы звездного ветра. В новом исследовании ученые предложили еще один возможный способ увеличения черных дыр в звездной массе, превышающих оптимальные показатели.

Новая теория начинается с того, что некоторые сверхмассивные черные дыры в середине галактик окружены диском газа и пыли. В таких галактиках часто бывают звезды, расположенные за пределами звездного диска, которые могут эволюционировать и в последствии становится черными дырами звездной массы. Исследователи предполагают, что иногда пары этих звезд попадают в диск и происходит это в тот момент, когда они превращаются в черные дыры. Такие черные дыры звездной массы вытягивают материал из диска, заставляя их расти все больше и больше. Исследователи отмечают, что при таком сценарии возможно синхронизированное вращение двух сходящихся звезд, что приведет к возникновению черной дыры звездной массы, которая производит больше гравитационных волн, нежели в случае когда вращение не синхронизировано. Именно этот фактор, по мнению ученых и должных облегчить поиск гравитационных волн.

Среди четырех бинарных событий слияния черных дыр (ЧД), обнаруженных в Гравитационно-волновой обсерватории лазерного интерферометра (LIGO), шесть ЧД-предшественников имеют массы более 20 M ⊙. Существование таких массивных ЧД указывает на то, что бедные металлами звезды являются прародителями. Рассматривается альтернативная возможность того, что пара ЧД звездной массы с массой ~ 7 М ⊙ увеличивается до> 20 М ⊙ посредством аккреции с диска, окружающего сверхмассивную ЧД в активном галактическом ядре (АГЯ). Рост массы двоичного элемента и перенос орбитального момента на диск ускоряет слияние.

Исходя из этого исследования было обнаружено, что в диске АГЯ малой массы ~ 106 М ⊙ и отношением Эддингтона> 0,01 масса отдельной ЧД в двоичном выражении может вырасти до > 20 M ⊙ перед слиянием, при условии, что аккреция происходит со скоростью более чем в 10 раз превышающей величину Эддингтона. Этот механизм позволяет выявить новый класс источников гравитационной волны (ГВ), включающий слияние двух экстремальных черных дыр Керра, связанных с АГЯ, и возможного аналога электромагнитной волны.