«Апостериори»: Во Вселенной могут скрываться первичные чёрные дыры

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Физики проанализировали возможный сигнал гравитационных волн S251112cm, о котором в ноябре 2025 года сообщила коллаборация LIGO–Virgo–KAGRA. Если этот сигнал подтвердится, он может оказаться первым наблюдением слияния чёрных дыр с массой меньше массы Солнца.

Обычные чёрные дыры образуются в результате коллапса массивных звёзд. Но такой механизм не должен создавать чёрные дыры легче Солнца. Звезда, способная завершить жизнь коллапсом, оставляет после себя значительно более массивный остаток. Поэтому компактный объект с массой меньше солнечной – если это именно чёрная дыра – почти наверняка должен иметь другое происхождение.

Сигнал, о котором идёт речь, интересен именно этим. По предварительным данным, его так называемая чирп-масса – параметр, определяющий эволюцию гравитационных волн, – лежит в диапазоне от 0,1 до 0,87 массы Солнца. При этом вероятность того, что хотя бы один из компонентов системы имеет массу меньше массы Солнца, оценивается выше 99 процентов. У сигнала не было очевидного электромагнитного аналога – то есть телескопы не увидели вспышки, которую можно было бы уверенно связать с этим источником.

В новой работе, опубликованной на сайте препринтов arXiv, исследователи проверили, может ли такой сигнал быть объяснён слиянием первичных чёрных дыр, которые теоретически могли возникать в ранней Вселенной на этапе, когда вещество переходило из состояния кварк-глюонной плазмы в протоны и нейтроны. В этот момент менялись свойства вещества, и это могло повысить вероятность образования первичных чёрных дыр.

Авторы использовали модель, в которой первичные чёрные дыры имеют широкий спектр масс. В этой модели часть объектов оказывается как раз в субсолнечном диапазоне – то есть легче Солнца. Затем исследователи оценили, как часто такие чёрные дыры могут образовывать двойные системы, сливаться и попадать в диапазон чувствительности детекторов LIGO–Virgo–KAGRA.

Полученный результат оказался сопоставим с наблюдениями. Модель предсказывает примерно 0,8 обнаружений подобных сигналов в год для детекторов с чувствительностью, близкой к третьему наблюдательному циклу LIGO. А если интерпретировать этот сигнал как одно реальное астрофизическое событие за первые четыре цикла наблюдений, то соответствующая частота составит около 0,23 события в год, с большой статистической неопределённостью. Иными словами, расчёты не доказывают, что это были первичные чёрные дыры, но показывают, что такая интерпретация не противоречит ожидаемой частоте событий.

Однако здесь важно сделать несколько оговорок.

Во-первых, финальный анализ параметров сигнала ещё не опубликован, и предварительные оценки могут быть пересмотрены. Авторы прямо подчёркивают, что их работа основана на предварительном сообщении коллаборации LVK, а не на окончательном анализе.

Во-вторых, сама оценка частоты слияний зависит от астрофизических предположений: например, от плотности тёмной материи в галактических гало и от скоростей первичных чёрных дыр. Даже небольшое изменение этих параметров может заметно изменить итоговую частоту событий.

В-третьих, отсутствие электромагнитного сигнала не доказывает первичную природу объекта. Оно лишь делает менее вероятными сценарии, в которых в системе была обычная нейтронная звезда. Возможны и другие экзотические объяснения, хотя у них пока нет столь естественного механизма образования именно в этом диапазоне масс.

Тем не менее, если событие подтвердится, это будет очень важный результат. До сих пор субсолнечные чёрные дыры оставались в основном теоретической возможностью. Их обнаружение означало бы, что во Вселенной существуют компактные объекты, которые невозможно объяснить обычной звёздной эволюцией.