Моделирование черных дыр: слияния из плотных звездных скоплений объясняют данные LIGO
Международная группа астрофизиков представила результаты 24 полных симуляций плотных звездных скоплений, выполненных с помощью кода Cluster Monte Carlo (CMC). Исследование, опубликованное на arXiv, учитывает реалистичное распределение двойных систем: массовую долю двойных, распределение периодов и эксцентриситетов, основанные на наблюдениях звездных популяций в окрестностях Солнца и областях звездообразования.
Ученые предсказали космическую скорость слияний двойных черных дыр (BBH), их массы и спины, формирующиеся тремя путями: динамическая сборка, эволюция изначальных двойных и иерархические слияния внутри скоплений. Как и в предыдущих моделях с меньшим числом двойных, доминируют слияния первого поколения, собранные динамически.
Полная скорость слияний согласуется с данными, полученными детекторами LIGO-Virgo-KAGRA по состоянию на каталог GWTC-5.0. Модели естественным образом воспроизводят ключевые особенности наблюдаемой популяции BBH: степенную форму спектра масс первичной черной дыры для масс более 20 масс Солнца, разный наклон спектра вторичных масс для областей ниже 10 и выше 30 солнечных масс, а также форму распределения отношения масс.
Авторы получили широкие распределения спиновых параметров ?_eff и ?_p, что соответствует предыдущим исследованиям динамической сборки. Скорость слияний из изначальных двойных систем внутри скоплений составляет небольшую долю от общего числа, однако их продукты часто участвуют в последующих иерархических слияниях.
В результате скорость иерархических слияний растет с красным смещением быстрее, чем скорость динамических слияний первого поколения. Работа помогает понять происхождение черных дыр, которые регистрируют гравитационно-волновые обсерватории, и уточняет модели эволюции скоплений.
