Міжнародна команда вчених на чолі з дослідниками з Кардіффського університету переглянула теорії про походження наймасивніших чорних дір. Замість прямого утворення після колапсу великих зірок, ці космічні гіганти, ймовірно, «виростають» шляхом серії повторних злиттів менших об'єктів. Це відкриття базується на аналізі даних гравітаційних хвиль, отриманих детекторами LIGO, Virgo та KAGRA.

Дослідження, опубліковане в журналі Nature Astronomy, охопило 153 підтверджені випадки злиття чорних дір з каталогу GWTC4. Вчені зосередилися на так званих «чорних дірах другого покоління». За цією моделлю, після смерті масивних зірок утворюються звичайні чорні діри, які в надзвичайно щільних зоряних скупченнях, де щільність зірок у мільйон разів вища, ніж у Сонячній системі, постійно стикаються одна з одною. Такі умови дозволяють новоутвореним об'єктам виживати після зіткнень і зливатися знову, досягаючи колосальних розмірів.

Ключовим доказом стало спостереження за швидкістю обертання масивних чорних дір. Команда виявила, що об'єкти з великою масою мають незвично високу швидкість обертання з випадковими напрямками осей, на відміну від менших чорних дір, які обертаються повільно. Такий «підпис» є прямим свідченням багаторазових злиттів у щільному середовищі, що підтверджує теорію ієрархічного росту космічних гігантів.

Окрім нового погляду на еволюцію чорних дір, аналіз посилив докази існування так званої «прогалини мас». Астрофізики припускали, що зорі певної маси не можуть утворювати чорні діри через потужні вибухи, що створює діапазон мас, де таких об'єктів не повинно бути. Дослідники виявили перехід саме поблизу межі в 45 мас Сонця, що може свідчити або про помилки в сучасних моделях еволюції зірок, або про альтернативний механізм їхнього утворення через повторні злиття.

Це відкриття має важливе значення не лише для астрофізики, а й для ядерної фізики. Межа «прогалини мас» безпосередньо залежить від ядерних реакцій всередині зірок, зокрема процесів горіння гелію. Майбутні спостереження гравітаційних хвиль можуть стати новим інструментом для вивчення фундаментальної фізики космосу та розуміння життя та смерті масивних зірок.