Протягом десятиліть астрономи теоретизували, що чорні діри поділяються на три широкі категорії. Існують чорні діри зоряної маси, маса яких коливається від п’яти до п’ятдесяти разів більша за масу нашого Сонця. Також є надмасивні чорні діри (СМЧД), які в мільйони та мільярди разів масивніші за Сонце. Нарешті, є проміжні чорні діри (IMBH) з масами, що знаходяться десь посередині.
Хоча вчені спостерігали безліч чорних дір зоряної маси та сверхмассивних чорних дір (СЧД), докази існування внутрішньомозкових чорних дір (ВЧД) було набагато важче знайти. Це створило проблему: вважається, що ВЧД є перехідним містом між зоряними чорними дірами та СЧД у міру їх зростання, що є очевидною «відсутньою ланкою» в еволюції чорних дір. У серії нових досліджень міжнародна команда під керівництвом дослідників з Ініціативи Місячних лабораторій (LLI) Університету Вандербільта оголосила, що, можливо, знайшла докази існування цих невловимих об’єктів.
В одній зі статей команда під керівництвом астрономів Крістал Руїс-Роча та Анджалі Йолкер описує, як дослідники повторно проаналізували дані з лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) та колаборації Virgo, щоб знайти можливі ознаки злиття IMBH. Результати показують, що ці обсерваторії зафіксували події гравітаційних хвиль, які відповідають злиттям чорних дір масою від 100 до 300 сонячних мас. Це робить ці події найбільшими зіткненнями чорних дір, зареєстрованими астрономами, і розміщує їх у діапазоні, де, як вони очікують, знаходяться легкі чорні діри з внутрішньою чорною дірою (IMBH).
«Чорні діри – це найвишуканіші космічні скам’янілості», – каже астроном і старший автор дослідження Каран Джані. «Маси чорних дір, про які повідомлялося в цьому новому аналізі, залишалися дуже спекулятивними в астрономії. Ця нова популяція чорних дір відкриває безпрецедентне вікно в найперші зірки, які освітили наш Всесвіт».
У пов’язаному дослідженні вчені показали, як майбутня місія лазерної інтерферометричної космічної антени (LISA), запуск якої заплановано на кінець 2030-х років, може допомогти перевірити ці результати.
У той час як детектори, такі як LIGO та Virgo, можуть фіксувати завершальні стадії зіткнення чорних дір, LISA зможе відстежувати їх роками, перш ніж вони злиються, коли спірально рухаються одна до одної, створюючи брижі у просторі-часі. Цей розширений період спостережень дозволить астрономам дізнатися більше про походження, еволюцію чорних дір та те, що з ними станеться.
«Ми сподіваємося, що це дослідження підтверджує позицію чорних дір середньої маси як найцікавішого джерела в мережі детекторів гравітаційних хвиль від Землі до космосу», — каже Руїс-Роча. «Кожне нове виявлення наближає нас до розуміння походження цих чорних дір і того, чому вони потрапляють у цей загадковий діапазон мас».
Забігаючи наперед, команда планує дослідити, як IMBH можна спостерігати за допомогою гравітаційно-хвильових обсерваторій на Місяці. NASA вивчає можливість будівництва саме такої обсерваторії на Місяці в рамках довгострокових цілей програми Artemis. Цей план існує з часів ери Apollo і буде базуватися на експерименті з гравіметром на поверхні Місяця, залишеному астронавтами Apollo-17.
«Це захопливий момент в історії – не лише вивчення чорних дір, а й об’єднання наукових рубежів з новою ерою космічних та місячних досліджень», – каже Яні. «У нас є рідкісна можливість навчити наступне покоління студентів, чиї відкриття будуть сформовані та зроблені завдяки Місяцю». Результати дослідження опубліковано в The Astrophysical Journal Letters