В мире черных дыр есть три основных категории: черные дыры звездной массы (от 5 до 50 масс Солнца), сверхмассивные (миллионы и миллиарды масс Солнца) и промежуточные — те, что находятся между ними.

Ученые уверены, что промежуточные черные дыры существуют, но почти ничего не знают об их происхождении. Они как недостающее звено в эволюции черных дыр. Однако четыре новых исследования проливают свет на эту загадку.

Команда под руководством Каран Джани, доцента физики и астрономии, перепроверила данные детекторов LIGO (США) и Virgo (Италия), которые уловили гравитационные волны. Оказалось, эти волны возникли при слиянии черных дыр массой от 100 до 300 Солнц — самых тяжелых из когда-либо зафиксированных.

Результаты опубликованы в издании The Astrophysical Journal Letters.

Черные дыры — это древние космические окаменелости, — говорит Джани. — Их масса долгое время оставалась загадкой. Теперь у нас есть ключ к пониманию первых звезд во Вселенной.

Но наземные детекторы улавли лишь последние мгновения перед столкновением. Чтобы разгадать, как такие черные дыры образуются, ученые обратились к будущей миссии LISA — космической обсерватории, которую запустят в конце 2030-х.

В двух других исследованиях команда показала, что LISA сможет отслеживать эти объекты годами до их слияния. Это раскроет их историю: где они родились, как эволюционировали и чем закончат.

Но уловить гравитационные волны — все равно что услышать падение иголки во время урагана. В четвертом исследовании ученые использовали искусственный интеллект, чтобы отсеять помехи и убедиться, что сигналы не искажены.

Каждое новое обнаружение приближает нас к разгадке, — говорит Кристал Руиз-Роча. — Почему эти черные дыры оказались в таком загадочном диапазоне масс?

Следующий шаг — изучение лунных детекторов.

Низкочастотные волны с поверхности Луны помогут понять, в каких условиях существуют эти объекты, — объясняет Анджали Еликар. — Земные приборы такого не покажут.

Джани также участвует в проекте NASA по поиску лучших мест для лунных миссий.

Это уникальный шанс подготовить новое поколение ученых, которые будут исследовать космос прямо с Луны, — говорит он.

Эти работы помогают понять, как формировались первые звезды и галактики. Промежуточные черные дыры — ключ к «темным векам» Вселенной, периоду до появления света. Если подтвердится, что они возникали на ранних этапах, это перевернет модели эволюции космоса.

Кроме того, изучение их слияний улучшит детекторы гравитационных волн — возможно, мы найдем новые физические эффекты, не описанные в теориях.

Главный вопрос — действительно ли обнаруженные сигналы принадлежат промежуточным черным дырам. Пока статистика мала, и нельзя исключать, что это случайные флуктуации или артефакты обработки данных.

Ранее ученые выяснили, насколько большими могут быть сверхмассивные черные дыры.