Секрет роста черных дыр объяснили расширением Вселенной

Есть много загадок, окружающих черные дыры, и теперь группа астрономов предложила новое решение одной из них - почему так много наблюдаемых черных дыр более массивны, чем ожидалось? Новая модель предполагает, что их рост может быть “космологически связан“ с расширением Вселенной.

В 2015 году на установке LIGO впервые были обнаружены гравитационные волны - рябь в ткани самого пространства-времени. Они возникают в результате катастрофических событий, чаще всего столкновений между черными дырами, и астрономы могут работать в обратном направлении от волн, чтобы вычислить массы двух объектов, участвующих в слиянии. И они заметили нечто странное.

Самый распространенный тип черных дыр, который, как ожидала команда, ожидает увидеть при участии в большинстве слияний, - это звездные черные дыры. Они образуются в результате коллапса массивных звезд и, как ожидается, будут иметь массу от 5 до 30 раз больше массы Солнца. Но команда LIGO обнаружила несколько черных дыр с гораздо большей массой - например, самое массовое столкновение, когда-либо зарегистрированное, произошло между двумя черными дырами с массами 65 и 85 Солнца.

Так как же эти черные дыры стали такими большими? Наиболее распространенное объяснение заключается в том, что они растут, поглощая материю, включая пыль, газ, звезды или другие черные дыры. Но исследователи в новом исследовании теперь предложили довольно диковинную альтернативу - что массы черных дыр могут расти по мере расширения Вселенной - эффект, который команда называет космологической связью.

Это может показаться немного странным, но идея не совсем беспрецедентная. Возможность подразумевается теорией относительности Эйнштейна, и свет уже является своего рода космологически связанным, в том смысле, что он теряет энергию по мере расширения Вселенной, питая это самое расширение.

“Мы думали рассмотреть обратный эффект“, - говорит Дункан Фарра, соавтор исследования. “Что бы LIGO-Virgo наблюдала, если бы черные дыры были космологически связаны и получали энергию без потребности в потреблении других звезд или газа?“

Команда отмечает, что когда моделируются черные дыры, это обычно делается в смоделированных вселенных, которые не расширяются. Это упрощение может скрыть любые эффекты космологической связи. Итак, для нового исследования исследователи провели моделирование, объясняющее это расширение.

Они смоделировали миллионы пар звезд через их рождение, жизнь и смерть, чтобы сформировать черные дыры - и, что важно, они связали массы черных дыр с размером моделируемой Вселенной. Это означало, что эти пары черных дыр со временем становились все более массивными, по мере того как они приближались друг к другу и в конечном итоге сталкивались.

Возможно, неудивительно, что черные дыры, образовавшиеся в результате слияний, были более массивными, но, похоже, это привело к большему количеству слияний. И действительно, предсказания, похоже, вполне соответствовали данным коллаборации LIGO-Virgo. Исследователи говорят, что новая модель работает хорошо, потому что она не требует каких-либо изменений в наших существующих представлениях о том, как звезды образуются, живут и умирают. Но, конечно, вопрос далеко не решен - нынешняя идея о том, что черные дыры поглощают материю и друг друга, могла бы быть более простым объяснением.

“Многие аспекты слияния черных дыр не известны в деталях, такие как доминирующая среда образования и сложные физические процессы, которые сохраняются на протяжении всей их жизни“, - говорит Майкл Зевин, соавтор исследования. “Хотя мы использовали моделирование звездного населения, которое отражает данные, которые у нас есть в настоящее время, есть много места для маневра. Мы видим, что космологическая связь - полезная идея, но мы пока не можем измерить силу этой связи“.

Идея может быть проверена по мере того, как обсерватории гравитационных волн станут более чувствительными, и особенно когда к поиску присоединятся новые, такие как космический датчик LISA.