Phus: Новое исследование предполагает, что расширение Вселенной напрямую влияет на рост черной дыры

Новое исследование предполагает, что расширение Вселенной напрямую влияет на рост черной дыры. Об этом пишет издание Phus.


За последние шесть лет обсерватории гравитационных волн обнаружили слияния черных дыр, подтвердив главную теорию гравитации Альберта Эйнштейна (Albert Einstein's). Но есть проблема – многие из этих черных дыр неожиданно велики. Теперь группа ученых из Гавайского университета в Маноа, Чикагского и Мичиганского университета в Анн-Арборе предложила новое решение этой проблемы: черные дыры растут вместе с расширением Вселенной.

С момента первого наблюдения слияния черных дыр с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в 2015 году астрономы неоднократно удивлялись их большой массе. Хотя они не излучают света, слияния черных дыр наблюдаются по их излучению гравитационных волн – ряби в ткани пространства-времени, предсказанной общей теорией относительности Эйнштейна. Первоначально физики ожидали, что черные дыры будут иметь массу примерно в 40 раз меньше массы Солнца, потому что сливающиеся черные дыры возникают из массивных звезд, которые не могут удерживаться вместе, если становятся слишком большими.


Однако, обсерватории LIGO и Virgo обнаружили множество черных дыр с массой больше, чем у 50 солнц, причем некоторые из них имеют массу до 100 солнц. Кроме того, было предложено множество сценариев образования таких больших черных дыр, но ни один из них не смог объяснить наблюдаемое до сих пор разнообразие слияний черных дыр, и нет согласия относительно того, какая комбинация сценариев формирования является физически жизнеспособной. Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, впервые показывает, что как большие, так и малые массы черных дыр могут возникать в результате единственного пути, по которому черные дыры набирают массу в результате расширения самой Вселенной.

Астрономы обычно моделируют черные дыры внутри Вселенной, которая не может расширяться.



Поскольку отдельные события, обнаруживаемые LIGO — Virgo, длятся всего несколько секунд, при анализе любого отдельного события такое упрощение разумно. Но эти же слияния потенциально ожидаются в течение миллиардов лет. За время между образованием пары черных дыр и их окончательным слиянием Вселенная стремительно растет. Если внимательно рассмотреть более тонкие аспекты теории Эйнштейна, то появится поразительная возможность: массы черных дыр могут расти синхронно со Вселенной – явление, которое Крокер и его команда называют «космологической связью».

Самый известный пример космологически связанного материала – это сам свет, который теряет энергию по мере роста Вселенной.




Чтобы исследовать эту гипотезу, эксперты смоделировали рождение, жизнь и смерть миллионов пар больших звезд. Любые пары, в которых обе звезды умерли, образуя черные дыры, затем были связаны с размером Вселенной, начиная с момента их смерти. По мере того, как Вселенная продолжала расти, массы этих черных дыр росли по спирали навстречу друг другу. Результатом стали не только более массивные черные дыры, когда они слились, но и множество других слияний. Когда ученые сравнили данные LIGO — Virgo со своими прогнозами, они согласились достаточно хорошо.




По словам исследователей, эта новая модель важна, потому что она не требует каких-либо изменений в понимании звездообразования, эволюции или смерти. Согласие между новой моделью и текущими данными происходит из простого признания того, что реалистичные черные дыры не существуют в статической Вселенной. Однако эксперты постарались подчеркнуть, что тайна массивных черных дыр LIGO — Virgo далека от разгадки.