Данные гравитационных волн подтверждают «запретную зону» масс черных дыр, указывая на сверхновые с испарением пар

Анализ данных гравитационных волн предоставил убедительное подтверждение существования сверхновых с испарением пар, что напрямую связано с обнаружением определенного диапазона масс сливающихся черных дыр. Это открытие, опубликованное в журнале Nature 1 апреля 2026 года, подтверждает теоретическое предсказание о так называемом «запретном диапазоне» масс черных дыр, которые не могут образовываться напрямую в результате коллапса одиночных массивных звезд.

Исследование, возглавляемое учеными из Университета Монаша, выявило пробел в распределении масс сливающихся черных дыр, сосредоточив внимание на меньшей из двух черных дыр в бинарных системах. Ключевые данные указывают на то, что черные дыры с массами, превышающими 45 масс Солнца, встречаются крайне редко, поскольку их звезды-предшественники, по всей видимости, взорвались как сверхновые с испарением пар, не оставив после себя черной дыры. Теория эволюции звезд предсказывает, что звезды с массой выше определенного порога претерпевают такие взрывы, которые полностью разрушают звезду. Ранее предполагалось, что этот «зазор нестабильности пар» находится в диапазоне от 50 до 130 масс Солнца, хотя недавние наблюдения LIGO ставили под сомнение эти границы.

В исследовании участвовала международная группа, включая кандидата наук Хуэй Тонга из Университета Монаша (OzGrav), профессора Майю Фишбах из Университета Торонто и Канадского института теоретической астрофизики (CITA), а также профессора Эрика Трауна, главного исследователя OzGrav. Хуэй Тонг заключил, что данные свидетельствуют об отсутствии черных дыр звездного происхождения в запрещенной зоне масс, поскольку звезды-предшественники прошли через стадию сверхновой с испарением пар. Профессор Фишбах отметила, что результаты демонстрируют косвенное свидетельство сверхновых с испарением пар и подтверждают, что черные дыры растут за счет многократных слияний.

Данное открытие имеет большое значение, поскольку оно разрешает давний вопрос об эволюции и гибели самых массивных звезд во Вселенной, позволяя астрофизикам использовать наблюдения за черными дырами для изучения ядерных реакций внутри звезд. Наблюдения проводились с использованием данных четвертого каталога транзиентов гравитационных волн (GWTC-4) от сети обсерваторий LIGO-Virgo-KAGRA, расположенных в США, Италии и Японии. Анализ показал отсутствие вторичных черных дыр в диапазоне примерно от 44 до 116 солнечных масс, что соответствует теоретическим предсказаниям. Профессор Траун подчеркнул, что это позволяет использовать черные дыры для изучения ядерных процессов в звездах.

Сила этого вывода заключается в двойном подтверждении: прослеживании катастрофических звездных смертей и валидации механизма роста черных дыр посредством слияний. Примечательно, что черные дыры, обнаруженные в этом запрещенном диапазоне масс, по мнению исследователей, являются «вторым поколением», то есть образовались в результате слияния более мелких объектов, а не прямым коллапсом звезды. Это согласуется с моделями, предполагающими, что динамическое формирование в плотных средах, таких как звездные скопления, может заполнять этот теоретический пробел. Первоначальное предсказание о сверхновых с испарением пар было сделано Фредом Хойлом и Уильямом Фаулером еще в 1964 году.