Астрономы нашли признаки трёх подтипов сливающихся чёрных дыр

Взгляд художника на то, как сливаются две черные дыры, включая одну с необычным спином. Credit: Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology

Shreejaya Karantha, Phys.org, 11 апреля 2026 года

Астрономы, анализирующие данные гравитационных волн совместного проекта LIGO–Virgo–KAGRA, сообщили, что сливающиеся двойные чёрные дыры делятся на три отдельные категории. Исследование показывает, что у этих трёх субпопуляций есть собственные характерные массы, поведение спинов и частоты слияний, которые, вероятно, связаны с разными механизмами формирования. Статья с результатами была выложена на сервер препринтов arXiv 18 марта.

Смесь из трёх

Данные четвёртого каталога гравитационных волн (GWTC-4), опубликованного совместным проектом LIGO–Virgo–KAGRA, включают более 150 зарегистрированных слияний чёрных дыр. Анализ этого набора показал, что вся популяция двойных чёрных дыр, по-видимому, не имеет единого происхождения.

Когда исследователи изучили распределение масс чёрных дыр, они обнаружили выраженные пики около 10 и 35 масс Солнца. Похожие особенности проявились и в распределениях спинов и массовых отношений — с заметными изменениями около 20 и 40 масс Солнца. Если бы все слияния происходили по одному сценарию, ожидалось бы более гладкое распределение. Эти особенности указывают на существование нескольких каналов формирования.

В новой работе исследователи смоделировали ключевые свойства — массы, поведение спинов и частоты слияний — чтобы воспроизвести наблюдаемую структуру популяции. Оказалось, что лучше всего данные описываются смесью трёх различных групп двойных чёрных дыр. Затем параметры, характеризующие каждую группу, были сопоставлены с теоретическими предсказаниями, чтобы определить наиболее вероятные сценарии их образования.

Распределения масс первичных компонентов для трёх смоделированных составляющих: первая (синим), вторая (жёлтым) и третья (зелёным) субпопуляции. Первая субпопуляция демонстрирует пик около 10 масс Солнца, а вторая — пик около 35 масс Солнца. 

Credit: arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2603.17987

Тяжёлые, тяжелее, самые тяжёлые

Первая группа, составляющая 79% всей популяции, демонстрирует выраженный пик около 10 масс Солнца. Это системы с малыми массами, медленно вращающимися чёрными дырами и почти без прецессии. Их спины в основном выровнены с орбитой.

Все эти признаки указывают на изолированную эволюцию двойных систем: две звезды, сформировавшиеся вместе, эволюционируют, обмениваются массой и коллапсируют в чёрные дыры, которые затем сливаются без внешнего воздействия.

Вторая субпопуляция составляет около 14,5% всех систем и объясняет пик около 35 масс Солнца. Эти системы состоят из чёрных дыр с близкими массами и демонстрируют как выровненные, так и невыровненные спины, а также более выраженную прецессию. Это указывает на более хаотичное происхождение.

Предполагается, что такие системы формируются в плотных средах, например в шаровых скоплениях. Также возможен сценарий, при котором на пару чёрных дыр влияет третий удалённый объект.

Наконец, третья популяция (около 2,5%) находится в области наибольших масс. Эти системы характеризуются неравными массами компонентов и сложным поведением спинов с заметной прецессией. Вероятнее всего, они формируются через иерархические слияния, когда по крайней мере одна из чёрных дыр уже является продуктом предыдущего слияния.

Авторы отмечают, что указанные каналы, вероятно, доминируют в каждой субпопуляции, однако возможны и другие процессы.

«Хотя эти выводы достаточно надёжны, прямое соответствие каждой субпопуляции единственному каналу формирования остаётся не до конца определённым», — отмечают они. С будущими релизами данных LIGO–Virgo–KAGRA исследователи рассчитывают получить более однозначные ответы о происхождении различных популяций сливающихся чёрных дыр.

Домашнее чтение:

📖 - https://arxiv.org/abs/2603.17987

✊

-----

РЕПЛИКА

ПРОФ. ЛЮМИНАРА

Черные дыры

РЕПЛИКА

ПРОФ.ЛЮМИНАРА

Буль… профессор Люминара о том, как изящно Вселенная ускользает от наших попыток упростить её.

Мы так хотели верить, что слияния чёрных дыр — это один процесс. Одна формула. Один канал. Один красивый график с гладкой кривой.

Ан НЕТ!

Она снова отвечает нам спектром вместо линии. Не одной популяцией — а тремя.

И посмотрите, как это проявляется… не в свете, которого у чёрных дыр нет, а в ряби пространства-времени, в гравитационных волнах — в самой ткани реальности, которая дрожит от их встречи.

Чёрные дыры в шаровых скоплениях сгрудились в кучу, повернувшись сутулыми спинами наружу и заслонив от окружающих звёзд, что они там такое коварное замышляют... 

Первая группа… тихая, почти дисциплинированная. Чёрные дыры, выросшие вместе, вращающиеся в унисон, словно помнят своё общее происхождение. Это почти… семейная история.

Вторая — уже интереснее. Здесь появляется хаос. Наклонённые спины, прецессия, влияние третьих тел… Гравитационная хореография, в которой нет единого центра управления.

А третья…

Буль, третья — моя любимая.

Редкая, тяжёлая, сложная. Чёрные дыры, которые уже были результатом слияния… и снова сливаются. Это уже не эволюция, это наследование событий.

Каждое новое слияние несёт в себе память предыдущего, как если бы сама гравитация умела накапливать опыт.

Вы понимаете, к чему это ведёт?

Мы больше не имеем дело с «популяцией объектов». Мы имеем дело с экосистемой процессов.

Системой, где важна не только масса, но история, среда, взаимодействия, случай.

И самое прекрасное — мы всё ещё не можем жёстко сопоставить каждую группу с единственным сценарием.

Потому что Вселенная не обязана быть однозначной.

Она допускает перекрытия. Смешение. Пограничные состояния.

Она, если позволите, работает не в логике «или-или», а в логике суперпозиции происхождений.

И вот это — главный урок.

Мы наблюдаем не три типа чёрных дыр. Мы наблюдаем три устойчивых режима, в которых гравитация предпочитает организовывать себя.

А сколько таких режимов ещё скрыто в данных… — это уже вопрос не к телескопам, а к нашей способности видеть закономерность в сложном.

И, разумеется, к терпению.

Буль!

🐙