Ученые предположили, что на массу черных дыр при их слиянии влияет расширение Вселенной

С момента первого наблюдения за сливающимися черными дырами с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в 2015 году астрономы неоднократно удивлялись их большой массе. Несмотря на то, что чёрные дыры не излучают свет, их слияние наблюдается благодаря испусканию гравитационных волн — колебаний пространства-времени, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна. Физики ожидали, что черные дыры будут иметь массу меньшую, чем 40 Солнц, поскольку сливающиеся черные дыры возникают из массивных звезд.

В течение последних лет учёные обнаруживали слияния черных дыр, подтверждая основное предсказание теории гравитации Эйнштейна. Но многие из этих черных дыр неожиданно велики. 

Обсерватории LIGO и Virgo обнаружили множество черных дыр с массой большей массы 50 Солнц, а некоторые из них достигают массы 100 Солнц. Пока ни один предложенный сценарий не смог объяснить разнообразие наблюдаемых слияний черных дыр. Однако возможно, что как большие, так и малые массы черных дыр могут возникать в результате одного процесса — расширения самой Вселенной. 

Астрономы обычно моделируют черные дыры внутри стационарной Вселенной, которая не может расширяться — это предположение упрощает уравнения Эйнштейна. Такое упрощение разумно на коротких промежутках времени — например, как в событиях, обнаруживаемых LIGO и Virgo, которые длятся всего несколько секунд. Но эти же слияния потенциально могут происходить миллиарды лет. За время, прошедшее между образованием пары черных дыр и их окончательным слиянием, Вселенная может сильно разрастись. 

Для изучения этой гипотезы исследователи смоделировали рождение, жизнь и смерть миллионов пар крупных звезд. После коллапса обоих звезд в паре они превратились в черные и дыры и начали сближаться по спирали. Поскольку Вселенная продолжала расти, массы этих черных дыр увеличивались. В результате при слиянии образовавшаяся черная дыра оказывалась массивнее, чем обе дыры отдельно при их образовании. Данные LIGO-Virgo хорошо согласуются с прогнозами модели.

По словам исследователей, новая модель интересна тем, что не требует никаких изменений в нашем текущем понимании формирования, эволюции и гибели звезд. Согласие между новой моделью и текущими данными достигается признанием того, что существование черных дыр в статичной Вселенной невозможно.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.