Международная группа астрономов подтвердила существование так называемого «запрещённого» диапазона масс чёрных дыр. Исследование основано на анализе 153 событий слияний чёрных дыр, зафиксированных гравитационными детекторами LIGO, Virgo и KAGRA в четвёртом каталоге гравитационно-волновых событий (GWTC-4).
Этот диапазон — от примерно 44 до 116 масс Солнца — называют разрывом парной нестабильности. В недрах очень массивных звёзд при высоких температурах фотоны начинают превращаться в пары электронов и позитронов, что резко снижает давление, удерживающее звезду. В итоге она полностью разрушается мощным взрывом, не оставляя никакого остатка — ни нейтронной звезды, ни чёрной дыры. Именно поэтому чёрные дыры с массой в этом диапазоне практически не образуются напрямую из звёзд. «После них не остаётся чёрной дыры. Вместо этого звезда просто взрывается целиком, не оставляя после себя вообще ничего», — объяснила астрофизик Майя Фишбах из Университета Торонто, один из авторов исследования.
Разрыв наиболее чётко проявляется в массах менее массивных компонентов двойных систем — так называемых вторичных. Более массивные участники слияний нередко оказываются чёрными дырами «второго поколения», образовавшимися при предыдущих слияниях, и потому могут попадать в запрещённый диапазон. Такие объекты также вращаются значительно быстрее, унаследовав угловой момент от своих предшественников, и именно это ускоренное вращение служит надёжным маркером их иерархического происхождения. Особое место в исследовании заняло событие GW231123 — самое массивное из всех зафиксированных: один из его компонентов имеет массу около 200 масс Солнца и значительно превышает верхнюю границу разрыва, что помогло учёным её уточнить.
Полученные данные не только подтвердили теоретические предсказания о парной нестабильности, но и позволили точнее оценить скорость ядерных реакций в недрах звёзд, а также уточнить постоянную Хаббла, описывающую скорость расширения Вселенной.