GW190521: LIGO и Virgo зафиксировали слияние чёрных дыр

21 мая 2019 года детекторы Advanced LIGO и Advanced Virgo зарегистрировали короткий гравитационно-волновой сигнал GW190521. Анализ указал на слияние двух чёрных дыр. Коллаборации LIGO и Virgo объявили о результате 2 сентября 2020 года. На момент публикации GW190521 было самым массивным слиянием двойной чёрной дыры, обнаруженным по гравитационным волнам.

Источник находился при красном смещении около 0,8. Сигнал был испущен примерно 7 млрд лет назад. Здесь речь идёт о времени, прошедшем с момента слияния, а не о простом переводе расстояния в световые годы.

Какие массы получили астрономы

Согласно статье коллабораций LIGO и Virgo, массы участников слияния составили 85⁺²¹₋₁₄ и 66⁺¹⁷₋₁₈ масс Солнца. После слияния образовалась чёрная дыра массой 142⁺²⁸₋₁₆ Солнца. Разница между начальными и конечной массами, около восьми масс Солнца, ушла в энергию гравитационных волн.

Сигнал продолжался около одной десятой секунды и достиг максимума примерно на частоте 60 герц. Небольшое число наблюдаемых циклов усложнило восстановление параметров системы, однако несколько использованных моделей дали совместимые оценки масс.

Почему объект массой 85 Солнц оказался необычным

Звёздная эволюция с учётом парной нестабильности предсказывает дефицит чёрных дыр примерно в диапазоне от 65 до 120 масс Солнца. Более массивный участник GW190521 попал в этот интервал. В основной модели анализа вероятность того, что хотя бы одна из двух чёрных дыр находилась в диапазоне парной нестабильности, составила 99 процентов.

Остаток массой около 142 Солнц относится к чёрным дырам промежуточной массы. До GW190521 убедительных наблюдений рождения такого объекта в результате слияния не было. Авторы работы обсуждают несколько путей образования исходной пары. Один из вариантов предполагает, что массивная чёрная дыра сама появилась после более раннего слияния. Данные GW190521 допускают и другие сценарии, поэтому происхождение компонентов не считается установленным.