Neke masivne zvijezde možda završavaju život urušavanjem u crnu rupu, bez snažne eksplozije supernove. Na takav nastanak upućuje raspodjela masa crnih rupa čija spajanja otkrivamo gravitacijskim valovima: posebno su česti sustavi u kojima masivnija crna rupa ima oko deset Sunčevih masa.
Nešto masivniji objekti, između približno 12 i 16 Sunčevih masa, znatno su rjeđi. Analiza Isaaca Legreda, Jacoba Golomba i Katerine Chatziioannou povezuje taj nagli pad s mogućnošću da crne rupe oko deset Sunčevih masa nastaju posebnim putem, iz zvijezda koje ne uspiju eksplodirati.
Zašto baš deset Sunčevih masa?
U radu objavljenom u časopisu Physical Review D istraživači su najprije analizirali 153 spajanja iz kataloga GWTC-4.0 mreže LIGO–Virgo–KAGRA. Potom su rezultat provjerili na većem uzorku od 257 spajanja iz kataloga GWTC-5.0. Izraženo grupiranje oko deset Sunčevih masa zadržalo se i u proširenom skupu podataka.
Gravitacijski valovi otkrivaju promjene prostorvremena nastale dok dvije crne rupe kruže jedna oko druge i naposljetku se spoje. Iz oblika signala mogu se procijeniti mase dvaju objekata. Tim je ovdje posebno pratio masu većeg člana para, a zatim modelirao koliko su česta spajanja u pojedinim rasponima masa.
Raspodjela zato nije popis svih crnih rupa u svemiru. Odnosi se na populaciju dvojnih sustava koji se spajaju, uz statističko uzimanje u obzir toga kakve događaje detektori lakše ili teže opažaju.
Kada zvijezda ne uspije eksplodirati
Masivnoj zvijezdi pred kraj života jezgra se urušava. U uspješnoj supernovi eksplozija izbaci velik dio zvjezdane tvari, dok preostala jezgra može postati neutronska zvijezda ili crna rupa. No proračuni pokazuju da unutarnji uvjeti nekih zvijezda mogu spriječiti uspješnu eksploziju. Veći dio materijala tada padne prema središtu i pridonese nastanku crne rupe.
Takav proces naziva se neuspjelom supernovom. Prema objašnjenju Caltecha, upravo bi on mogao stvoriti zasebnu populaciju crnih rupa približno deset puta masivnijih od Sunca. Izostanak snažne eksplozije ujedno može povećati izglede da dvojni sustav ostane gravitacijski vezan i kasnije se spoji.
Skupine se razlikuju i po zajedničkom učinku vrtnje crnih rupa na gravitacijski signal. Parametar kojim se taj učinak opisuje ima užu raspodjelu u skupini oko deset Sunčevih masa nego u masivnijim sustavima. To se uklapa u pretpostavku da te crne rupe imaju zajedničko podrijetlo.
Manjak je vidljiv, praznina još nije potvrđena
U jednom od modela stopa spajanja za mase između približno 12 i 16 Sunčevih masa toliko je niska da je statistički spojiva s gotovo nultom vrijednošću. To ipak ne znači da je dokazana potpuna praznina u raspodjeli. Koliko podaci podupiru odvojenost dviju skupina ovisi o odabranom modelu, a dopuštaju i rijetka spajanja u tom rasponu.
U ovom istraživanju nije promatrano samo urušavanje zvijezde bez eksplozije. Veza s neuspjelim supernovama proizlazi iz podudaranja raspodjele masa s predviđenim načinom nastanka. Dodatni gravitacijski signali trebali bi pokazati postoji li doista odvojena populacija i koliko je dubok pad između nje i masivnijih crnih rupa.
