В апреле 2023 года детекторы LIGO, Virgo и KAGRA поймали гравитационную волну от слияния двух чёрных дыр. Массы — 137 и 103 солнечных — сделали событие GW231123 самым массивным в истории наблюдений. Обе дыры попали в «провал парной нестабильности» — диапазон, где обычная звёздная эволюция не должна оставлять чёрных дыр. Спины компонентов — 0.90 и 0.80 — тоже аномально высоки для таких гигантов. Откуда взялась эта пара?

Астрофизики давно рассматривают первичные чёрные дыры — объекты, рождённые в первые мгновения после Большого взрыва из сгустков плотности. Такие дыры могут расти за счёт аккреции — падения на них газа из окружающей среды. В новой работе показано: если начать с двух скромных семян массами 85.5 и 59.1 солнечных, то после аккреции они вырастают до наблюдаемых 137 и 103 солнечных. При этом падающий газ раскручивает дыры, поднимая их спины до 0.90 и 0.80 — в точности как в данных LIGO-Virgo-KAGRA.

Модель не просто подгоняет параметры. Она предсказывает темп слияний: для объяснения одного GW231123 требуется доля первичных чёрных дыр в тёмной материи около $10^{-3}$. Это значение лежит у самой границы исключённых областей по рентгеновским и реликтовым наблюдениям — то есть гипотеза пока не противоречит данным, но и не подтверждена. Будущий сеанс O5 должен поймать около 20 подобных событий, если интерпретация верна.

Сценарий с первичными чёрными дырами объясняет и массы, и спины без экзотических астрофизических каналов вроде иерархических слияний в плотных скоплениях. Если он верен, то первичные чёрные дыры могут составлять заметную долю тёмной материи в диапазоне десятков солнечных масс. Телескоп Einstein Telescope сможет увидеть слияния на красных смещениях z > 15 — там, где звёздных чёрных дыр ещё не было. Это станет решающим тестом.

Скромные семена, выросшие в великанов под дождём газа, — так можно описать рождение GW231123. Следующие гравитационные волны покажут, насколько эта картина близка к реальности.