Вчені Йенського університету (Німеччина), Туринського університету та Національного інституту ядерної фізики (Італія) з’ясували, що подія злиття чорних дірок GW190521, виявлена в 2019 році, є виключно рідкісним випадком випадкового зіткнення двох чорних дірок, які не оберталися навколо за незалежними траєкторіями. Результати дослідження представлені у статті, опублікованій у журналі Nature Astronomy.
Спостереження гравітаційних хвиль, що випускаються системами з двома компактними об’єктами (нейтронними зірками або чорними дірками), продемонстрували, що зіткнення відбуваються, коли ці об’єкти обертаються спіраллю, поступово зближуючись один з одним. Це обертання породжує бриж простору-часу, який протягом тривалого часу реєструється лазерними інтерферометрами обсерваторії LIGO (США) і детектором Virgo (Італія). Однак 21 травня 2019 року астрономи зафіксували короткочасний гравітаційно-хвильовий сигнал GW190521, який кинув виклик поточному розумінню астрофізики чорних дірок.
Дослідники змоделювали гравітаційно-хвильові коливання, які повинні виходити від двох чорних дірок, що зіткнулися під час руху по гіперболічних траєкторіях. Сценарій динамічного захоплення, яке найкраще відповідає спостеріганим даними, передбачає, що чорні дірки, що мали маси приблизно 81 і 52 маси Сонця, спочатку пролетіли поблизу одна від одної, проте взаємне гравітаційне поле притягло їх назад, внаслідок чого і сталося злиття з утворенням чорної дірки середньої маси.
Чорні діри середньої маси – це клас чорних діри з масами від 100 до 100 тисяч мас Сонця, які занадто великі, щоб виникнути в результаті колапсу зірок, але не поглинають матерію в таких кількостях, як надмасивні чорні діри, існуючи в більш спокійних умовах. Механізми їх виникнення не зовсім зрозумілі, проте випадок GW190521 підтверджує, що вони можуть виникати внаслідок злиття двох чорних дір зіркової маси. Попередні дослідження показали, що ця чорна діра має масу близько 142 мас Сонця, а ще дев’ять сонячних мас було втрачено внаслідок випромінювання гравітаційних хвиль.