Група LIGO/Virgo виявила в даних третього сезону спостережень сплеск гравітаційних хвиль, що виник при злитті двох несподівано масивних чорних дір. Подія сталася, коли вік Всесвіту становив приблизно половину від сучасного. Компактний об'єкт, що утворився в результаті, має масу 142 сонячних - це найважча чорна діра з усіх, що вдалося виявити за допомогою гравітаційних хвиль. Крім того, вона формально знаходиться в діапазоні мас, що відповідає чорним дірам проміжної маси - об'єкт такого типу зареєстрований безпосередньо вченими вперше. Присвячені відкриттю роботи опубліковані в журналах і
Незважаючи на те, що існування гравітаційних хвиль, які являють собою коливання геометрії простору-часу, було передбачене Загальною теорією відносності Ейнштейна ще в 1916 році, вперше зареєструвати їх вдалося лише через сто років. У цьому астрономам допомогли лазерні інтерферометри LIGO і VIRGO, які на поточний момент провели вже три спостережні кампанії (O1, O2 і О3). Завдяки їм вдалося зловити момент народження кілонової, а також виявити гравітаційний сплеск від злиття нейтронної зірки і чорної діри. Більш детально про те, як реєструють гравітаційні хвилі, можна прочитати в матеріалах «На гребені метричного тензору», «Точилка для квантового олівця» і «Тонше протону».
Сигнал, який отримав позначення GW190521, був зареєстрований науковими колабораціями Virgo і LIGO 21 травня 2019 року. Як показали розрахунки, його джерелом стало злиття чорних дір з масами 66 і 85 сонячних. Подія сталася в п'яти гігапарсеках від Землі (червоне зміщення системи становить z = 0,8), що робить зареєстрований сплеск одним з найбільш далеких, виявлених на сьогоднішній день. Він тривав менше десятої частки секунди, і в енергію хвиль перейшло близько восьми мас Сонця.
Народжена в результаті злиття чорна діра в 142 рази важче нашого світила, що дозволяє її формально віднести до чорних дір проміжної маси (хоча вона і знаходиться на самій нижній межі). Об'єкти такого типу є «містком» між чорними дірами зоряної маси (від 5 до декількох десятків мас Сонця) і надмасивними чорними дірами (від мільйона до декількох мільярдів мас Сонця). Незважаючи на те, що астрономи давно говорили про існування чорних дір перехідних мас, досі їм вдавалося отримати лише непрямі докази їх існування. Напряму зареєструвати народження подібного об'єкта вдалося вперше.
Однак більший інтерес у астрономів викликав більш важкий компонент подвійної системи. Згідно з сучасними моделями зоряної еволюції, чорні діри, що виникають після смерті зірок, повинні мати масу або менше 66, або більше 120 сонячних. Як зазначає Френк Ом (Frank Ohme), керівник незалежної дослідницької групи при Інституті Ейнштейна в Ганновері, чорна діра з масою 85 сонячних, яку ми бачимо в подвійній системі - перша, яка потрапляє в проміжок мас парної нестабільності.
Згідно з сучасними уявленнями, зірки з масою не більше 130 сонячних після смерті утворюють чорну діру не важче 65 сонячних мас. Зірки з масою понад 200 мас Сонця на фінальній стадії життєвого циклу народжують чорні діри з масою від 120 сонячних. Між ними знаходяться світила, чия маса перевершує сонячну в 130-200 разів, і для них характерне явище так званої парної нестабільності, коли сильне гамма-випромінювання в надрах зірки починає породжувати електрон-позитронні пари. Як наслідок, це скорочує світловий тиск на зовнішні шари, що порушує баланс між ним і силою тяжкості. Далі йде частковий колапс, а потім потужний вибух, після якого не залишається ніякого залишку (крім заліза, яке розсіюється в навколишній простір) - тому цей «пробіл» і називають проміжком мас парної нестабільності.
Згідно з однією з версій, подібна чорна діра може бути також продуктом злиття двох інших чорних дір або масивних зірок. Крім того, це може бути поглинання чорною дірою якогось іншого космічного об'єкта або ж первинні чорні діри, що утворилися після Великого вибуху.
Крім того, дослідники розглядають й інші можливі джерела сигналу GW190521. Так, астрономи допускають, що гравітаційний сплеск міг виникнути при колапсі зірки в нашій власній галактиці, або ж виходити від космічної струни - гіпотетичного реліктового астрономічного об'єкта, що являє собою одномірну складку простору-часу (хоча жодне з цих явищ не відповідає сигналу так добре, як злиття пар чорних дір).
Раніше вчені виявили сплеск гравітаційних хвиль, що виник при злитті чорних дір в асиметричній подвійній системі. Результати роботи дозволили накласти обмеження на моделі формування подібних систем.