Новый каталог и первые надежды
Работа основана на данных первого этапа четвертого сеанса наблюдений (O4a), в ходе которого детекторы LIGO, Virgo и KAGRA зарегистрировали 85 новых событий гравитационных волн. Это позволило увеличить общий каталог до внушительных 161 события. Первичные черные дыры, в отличие от своих "звездных" собратьев, возникающих после смерти массивных звезд, могли появиться в результате коллапса областей с экстремально высокой плотностью вещества в ранней Вселенной. Именно поэтому распределение масс обнаруженных черных дыр представляет особый интерес для исследователей.
Анализ обновленного каталога выявил нечто необычное: распределение масс наблюдаемых черных дыр показало наличие нескольких выраженных пиков. Эти пики не всегда легко объяснить в рамках стандартных моделей звездной эволюции, что породило гипотезу о возможном присутствии среди зарегистрированных объектов популяции первичных черных дыр.
Статистический ажиотаж и его охлаждение
На начальном этапе исследования результаты выглядели чрезвычайно многообещающими. Статистическая модель, включающая в себя гипотезу о существовании первичных черных дыр, продемонстрировала коэффициент Байеса (ln B) около 30,5. В мире физики элементарных частиц и космологии такой показатель обычно считается весомым аргументом в пользу проверяемой гипотезы, предвещая потенциальное открытие.
Однако дальнейшая, более тщательная проверка принесла разочарование. Исследователи обнаружили, что значительная часть статистического преимущества была обусловлена несколькими аномальными событиями в диапазоне малых масс. Особое внимание привлекло одно спорное слияние, в котором объект с низкой массой с высокой вероятностью мог оказаться нейтронной звездой, а не черной дырой.
После исключения этого неоднозначного события и более точной калибровки параметров модели, коэффициент Байеса резко упал до ln B ≈ 1,7. Такое значение уже не может служить убедительным доказательством существования заметной популяции первичных черных дыр.
Сдержанный вывод и новые ограничения
Итоговый вывод ученых оказался куда более сдержанным: текущие данные не предоставляют убедительных доказательств того, что значительная часть обнаруженных черных дыр имеет первичное происхождение. Тем не менее, именно этот отрицательный результат позволил установить самые строгие на сегодняшний день ограничения на распространенность таких объектов.
В диапазоне масс от примерно 0,6 до 100 масс Солнца, исследователи определили, что доля темной материи в форме первичных черных дыр не может превышать от 10⁻² до 10⁻⁴, в зависимости от конкретной массы. Это означает, что в значительной части исследованного диапазона первичные черные дыры не могут составлять более сотых или даже десятитысячных долей всей темной материи.
Индивидуальные слияния против фонового шума
Примечательно, что основные ограничения были получены не в результате поиска стохастического гравитационно-волнового фона, а благодаря анализу индивидуально зарегистрированных событий слияний. По оценкам авторов, ограничения, основанные на наблюдаемых событиях, оказались примерно в тысячу раз более жесткими, чем результаты, полученные из анализа фонового сигнала.
Ученые также рассмотрели возможность существования гораздо более легких первичных черных дыр, с массами порядка 10⁻⁶–10⁻³ массы Солнца, сопоставимыми с массами крупных планет. Хотя явных кандидатов обнаружено не было, чувствительность современных детекторов уже позволяет проверять сценарии, в которых такие объекты могут составлять до 20% всей темной материи.
Новые методы анализа – главное достижение
Авторы исследования подчеркивают, что главным достижением этой работы стало не только установление новых ограни