Астрофізики підтвердили гіпотезу походження більшості пар чорних дір в ізольованих подвійних зіркових системах, проаналізувавши дані детекторів LIGO і Virgo, які реєстрували гравітаційні хвилі від злиття пар чорних дір. Для цього вчені порівняли вимірені моменти імпульсу чорних дір з тими, які очікуються для різних сценаріїв формування пар. Дослідження опубліковано в.
Вперше гравітаційні хвилі від злиття пари чорних дір були зареєстровані гравітаційними обсерваторіями в 2016 році. Відтоді колаборації LIGO і Virgo повідомили про спостереження майже 50 таких подій. Зі спектру та інтенсивності гравітаційного випромінювання можна знайти маси і моменти імпульсу кожної чорної діри в парі, а також момент імпульсу їх відносного руху. Ці параметри залежать від того, як чорні діри сформувалися і як утворили пару.
Згідно з сучасними уявленнями, існує два основних механізми освіти подвійних систем чорних дір: колапс обох компаньйонів у подвійній зірковій системі та утворення гравітаційно-пов'язаної системи двох чорних дір, що формувалися незалежно один від одного в щільних зіркових кластерах. У першому випадку для моментів імпульсу компаньйонів очікуються два варіанти: моменти імпульсу, поділені на квадрат маси, зневажливо малі, або величина моменту імпульсу однієї або обох чорних дір може досягати 0,5, а напрямки їх моментів імпульсу близькі до напрямку моменту імпульсу відносного руху. Це відбувається, якщо приливні сили однієї діри з пари розкрутили іншу. Якщо чорні діри формувалися незалежно, їх моменти імпульсу повинні бути розподілені рівномірно за напрямом і величиною. Вважається, що майже всі пари чорних дір сформувалися в подвійних зіркових системах.
Щоб перевірити цю гіпотезу, група астрофізиків з Австралії, Великобританії, Індії та США під керівництвом Шаніки Галудаге (Shanika Galaudage) з університету Монаша проаналізувала спектри гравітаційних хвиль, випромінених 44 парами чорних дір, щоб знайти моменти імпульсу компаньйонів. Вчені з'ясували, що всі події добре вкладаються в сценарій утворення пар чорних дір з ізольованих подвійних зіркових систем. З усіх пар досліджених чорних дір від 70 до 90 відсотків мають зневажливо малий момент імпульсу, а в інших випадках напрямки моментів імпульсу в парі позитивно корелюють з моментом імпульсу орбітального руху.
Однак кілька подій злиття чорних дір з великими моментами імпульсу укладаються і в гіпотезу про незалежне формування. Ситуація ускладнюється тим, що точність вимірювання спектра і відновлення по ньому моментів імпульсу чорних дір в даний час невелика і доходить іноді до декількох десятків відсотків. Дослідники вважають, що подальший збір даних гравітаційними обсерваторіями допоможе більш точно ідентифікувати сценарії формування пар чорних дір.
Раніше ми писали про реєстрацію обсерваторіями LIGO і Virgo гравітаційних хвиль, випромінених при поглинанні нейтронної зірки чорною дірою.