Гравитационные волны сузили поиски первичных черных дыр

Гравитационные волны позволяют наблюдать столкновения черных дыр по всему космосу. Но некоторые из зарегистрированных объектов оказались необычными: слишком массивными или, наоборот, слишком легкими для привычных сценариев звездной эволюции. Отсюда родилась идея, что часть этих черных дыр могла возникнуть не после гибели звезд, а в первые мгновения после Большого взрыва. Такие гипотетические объекты называют первичными черными дырами.

Что показал анализ слияний?

Ученые проанализировали данные первой части четвертого сеанса наблюдений детекторов LIGO, VIRGO и KAGRA (O4a), во время которого зарегистрировали 85 сигналов слияний компактных объектов. Они построили несколько моделей: в одной предполагалось, что все события имеют обычное звездное происхождение; в другой — что некоторые связаны с первичными черными дырами; в третьей — что обе популяции существуют одновременно.

Главным инструментом стали сами гравитационные волны: если бы первичных черных дыр было много, они должны были бы регулярно сталкиваться друг с другом, создавая характерный гравитационно-волновой фон — космический гул, заполняющий пространство. Отсутствие такого избытка сигналов и стало решающим результатом.

Новые ограничения и будущие поиски

Расчеты показали, что первичные черные дыры массой примерно от 0,6 до 100 масс Солнца могут составлять лишь очень малую долю темной материи. Это самые жесткие ограничения для подобных объектов на сегодня. Кроме того, ученые изучили возможность существования сверхлегких первичных черных дыр — в тысячи раз легче Солнца. Заметить их напрямую почти невозможно, но они могли бы образовывать двойные системы внутри Млечного Пути.

Современные детекторы пока недостаточно чувствительны, чтобы уверенно находить такие сигналы, однако, по мнению авторов работы, будущие наблюдения смогут проверить и этот сценарий. Таким образом, результаты исследования существенно ограничивают количество первичных черных дыр. Если они и существуют, то их либо очень мало, либо их массы находятся в диапазонах, которые детекторы пока почти не фиксируют.

Для космологии это важно: каждая подобная работа приближает нас к пониманию природы темной материи, которая составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной. Пока ни одна из современных гипотез не получила убедительных подтверждений, но шаг за шагом ученые исключают невероятные варианты.