Астрофизики описали слияние черных дыр внутри «бессмертных» звезд в дисках активных галактик

Международная группа астрофизиков представила модель взаимодействия массивных долгоживущих звезд с компактными объектами в аккреционных дисках активных галактических ядер (AGN). Результаты опубликованы в репозитории arXiv (препринт 2608.23677).

В дисках газа, падающего на сверхмассивные черные дыры, могут рождаться звезды или захватываться из окружающего скопления. Плотная горячая среда ускоряет аккрецию вещества на звезды, а при достаточно быстром притоке водород в ядрах восполняется по мере выгорания. Такие светила, как полагают авторы, способны сохранять квазистационарное состояние почти неограниченно долго, за что их называют «бессмертными».

В новой работе исследователи оценили частоту встреч таких звезд с нейтронными звездами и черными дырами, а также время, за которое компактный объект может погрузиться внутрь звезды. В зависимости от интенсивности обратной связи аккреции возможны два сценария: звезда либо превращается в коллапсар-подобный транзиент с центральным двигателем, либо становится объектом типа квазизвезды, где в центре находится черная дыра.

Отдельно рассмотрено слияние двойной черной дыры внутри такой звезды. Газовое сопротивление ускоряет сближение компонентов по сравнению с излучением гравитационных волн в вакууме. Итоговое слияние должно быть заметно детекторами LIGO, Virgo и KAGRA (LVK), однако характерный отпечаток среды — подавление и рассинхронизация спирального сближения — находится не в миллигерцовом диапазоне LISA, а в децигерцовом.

Наилучшие перспективы для наблюдения такого сигнала исследователи связывают с будущим космическим детектором DECIGO. По оценкам авторов, в благоприятных сценариях данный канал может давать до 8 слияний двойных черных дыр на кубический гигапарсек в год. Отмечаются также модельные неопределенности и направления дальнейшей работы.

Работа расширяет представления о роли активных ядер галактик как фабрик гравитационно-волновых событий. Уточнение таких механизмов важно для интерпретации данных гравитационно-волновых обсерваторий и планирования детекторов нового поколения.