Темные звезды, возможно, оставили эхо гравитационных волн по всей вселенной ...

Дата публикации: 20-08-2026 18:45:57

Темные звезды, возможно, оставили эхо гравитационных волн по всей вселенной
Загадочный фон крайне низкочастотных гравитационных волн, обнаруженных сетью пульсаров, может нести информацию о событиях, произошедших более 13 миллиардов лет назад, в том числе о формировании одних из первых сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной.
В новом исследовании Сохан Годла и Космин Илие из Колгейтского университета выясняют, могли ли сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся в ранней Вселенной, в конечном итоге стать причиной значительной части гравитационно-волнового фона, который сейчас регистрируется с помощью сетей радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами.
Их результаты устанавливают прямую связь между двумя, казалось бы, разными направлениями наблюдений: наблюдениями за неожиданно массивными черными дырами в ранней Вселенной и гравитационными волнами, испускаемыми двойными системами сверхмассивных черных дыр миллиарды лет спустя.
Примечательно, что, по мнению исследователей, одна из возможных популяций первичных черных дыр — черных дыр, оставшихся после сверхмассивных «темных звезд», — потенциально может внести основной вклад в наблюдаемый сигнал от проекта PTA.
«Пульсарную синхронизацию обычно рассматривают как способ изучения двойных систем сверхмассивных черных дыр в относительно молодой Вселенной, — сказал Илие. — Наша работа показывает, что сигнал может содержать информацию о том, как формировались предки этих черных дыр на заре Вселенной». В этом смысле наблюдаемые сегодня гравитационные волны могут стать новым окном в мир, где зарождаются первые сверхмассивные черные дыры.
Использование космических часов для обнаружения огромных черных дыр
Пульсарное времяисчисление использует быстро вращающиеся нейтронные звезды, называемые пульсарами, в качестве чрезвычайно точных космических часов. Проходящие гравитационные волны незначительно изменяют время прихода радиоимпульсов на Землю. Наблюдая за множеством пульсаров в течение многих лет, ученые со всего мира обнаружили доказательства существования стохастического гравитационно-волнового фона на наногерцовых частотах.
Наиболее вероятным астрофизическим объяснением является существование в космосе популяции сближающихся двойных систем сверхмассивных черных дыр. Черные дыры с суммарной массой, превышающей массу Солнца примерно в миллиард раз, вносят особенно важный вклад на частотах, соответствующих предельным частотам поглощения.
Но создание таких огромных черных дыр поднимает другой вопрос: откуда взялись их прародители? Наблюдения с помощью таких инструментов, как космический телескоп «Джеймс Уэбб» и рентгеновский телескоп «Чандра», позволили обнаружить массивные черные дыры на удивительно ранних этапах космической истории, что усилило интерес к механизмам, способным быстро создавать массивные черные дыры.
Годла и Или спросили, могут ли потомки таких ранних зародышей выжить, расти вместе с галактиками, в которых они находятся, и в конечном итоге образовать двойные системы, которые и станут источником гравитационно-волнового фона, измеренного миллиарды лет спустя.
Возможная гравитационно-волновая сигнатура тёмных звёзд
Исследователи рассмотрели два возможных сценария формирования чёрных дыр на ранних этапах: прямой коллапс чёрных дыр и коллапс сверхмассивных тёмных звёзд.
Тёмные звёзды — это предполагаемый тип первичных звёзд, основным источником энергии которых является нагрев, связанный с тёмной материей, а не с обычным ядерным синтезом. В сценарии с вимпами, рассматриваемом в исследовании, тёмные звёзды могут оставаться сравнительно холодными и протяжёнными, продолжая аккрецировать материю, и потенциально достигать массы в 1 миллион солнечных или более, прежде чем коллапсировать в массивные чёрные дыры.
В этой работе Годла и Или проследили за космологической эволюцией черных дыр, образовавшихся из таких первичных объектов, смоделировали гало, в которых они находятся, рассчитали частоту их слияний и предсказали результирующий гравитационно-волновой фон. Они обнаружили, что если плотность остатков сверхмассивных темных звезд составляет порядка (10-3) Мпс-3, то их потомки могут внести значительный — и потенциально доминирующий — вклад в гравитационно-волновой сигнал, наблюдаемый в рамках проекта PTA.
Ожидается, что конкурирующая популяция черных дыр прямого коллапса, рассматриваемая в исследовании, встречается гораздо реже, с характерной плотностью около (10-6) Мпк-3, и, следовательно, вносит гораздо меньший вклад.
Превращение гравитационных волн в перепись населения ранней Вселенной
Ключевая идея этой работы заключается в том, что с помощью существующих данных, полученных с помощью проекта PTA, можно установить верхний предел того, насколько обильными могли быть ранние зародыши сверхмассивных черных дыр. «Если таких массивных зародышей будет слишком много, то в итоге мы получим слишком сильный сигнал, зафиксированный PTA. Если их будет слишком мало, то для эффективного формирования этих сверхмассивных черных дыр на более поздних этапах жизни Вселенной потребуются другие источники», — сказал Годла.
Для моделей, рассмотренных в исследовании, исследователи обнаружили, что плотности семян примерно в диапазоне (10-2–(10-1) Пдк-3 начнут перепроизводить измеренный фон гравитационных волн, при этом точное ограничение сильно зависит от масс ореолов темной материи, в которых сформировались семена.
Это означает, что наблюдения с помощью PTA потенциально могут дать неожиданный результат: ограничить популяции объектов, существовавших при красном смещении более 10, даже несмотря на то, что слияния их потомков, порождающие гравитационные волны, происходят гораздо позже. Расчёт также подтверждает предыдущий результат о том, что в предсказанном сигнале PTA преобладают двойные системы с общей массой чёрных дыр примерно выше (109) солнечных масс. Системы с меньшей массой вносят значительно меньший вклад.
Полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на связь между физикой темной материи, формированием первых светящихся объектов, происхождением сверхмассивных черных дыр и гравитационно-волновой астрономией.
«Темные звезды изначально рассматривались как объекты, которые можно было бы увидеть непосредственно на заре Вселенной, — говорит Илие. — Эта работа указывает на совершенно иной способ проверки их возможной роли в истории космоса. Их потомки могли оставить гравитационно-волновой след, который сохранился до наших дней».
Таким образом, будущие усовершенствования в измерениях PTA в сочетании с более точными данными о популяциях черных дыр с высоким красным смещением и их родительских галактиках могут помочь определить, какой из сценариев происхождения первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной является верным.
Источник: Колгейтский университет

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	Темные звезды, возможно, оставили эхо гравитационных волн по всей вселенной ...	0	8.53	20-08-2026
2	Необычный сигнал LIGO может оказаться первым подтверждением первичных черных дыр ...	5	7	06-07-2026
3	НЕКОТОРЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ МОГУТ БЫТЬ СТАРШЕ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА — ЭТО ОБЪЯСНИЛО ...	0	5.12	14-08-2026
4	Ученые нашли прародителей сверхмассивных черных дыр размером с Солнечную систему	0	9.01	17-08-2026
5	Ученые нашли прародителей сверхмассивных черных дыр размером с Солнечную систему	0	9.01	17-08-2026
6	🌌 Чёрные дыры массой с астероид могут скрываться в гамма-свечении ...	0	7	27-06-2026
7	Космос не является полностью беззвучным местом: в редких условиях учёным ...	0	7.52	19-08-2026
8	Некоторые черные дыры могут быть старше Большого взрыва — это объяснило ...	0	4.07	13-08-2026
9	Раскрыта тайна происхождения мчащейся сквозь космос огромной черной дыры Новое ...	1	8.14	07-08-2026
10	Область у горизонта событий впервые изучили по сигналам гравитационных волн ...	5	7	27-06-2026

Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 10. Тональность: 0. Информативность: 8.53. Источник: vk.com.