Представьте мост через реку, у которого вырвана середина: машины на том берегу — неожиданность. Так астрономы долго смотрели на чёрные дыры с массой от 50 до 130 солнечных: звёзды, способные их породить, взрываются как сверхновые парной нестабильности. Механизм таков: ядро звезды накаляется настолько, что энергичные фотоны начинают рождать пары частиц и античастиц; давление излучения катастрофически падает, и звезда полностью разрушается, не оставляя компактного остатка. Этот провал в спектре масс чёрных дыр, известный как «массовый пробел», долго считался запретной зоной.
Однако свежий каталог гравитационных волн — ряби пространства-времени, зарегистрированной детекторами LIGO и Virgo при слиянии массивных объектов, — принёс сюрприз. В нём обнаружены чёрные дыры с массами 50–70 солнечных, то есть прямо внутри пробела. Более того, эти объекты вращаются подозрительно медленно для тех, что рождаются в результате слияния двух меньших дыр. Возникает вопрос: как они сформировались?
Разгадка кроется в скорости ядерной реакции между гелием и углеродом в недрах массивных звёзд. Ещё в прошлом веке Фред Хойл и Ганс Бете показали, что эта микроскопическая скорость буквально распоряжается судьбой звёздных гигантов: она определяет, при какой массе ядро звезды становится достаточно горячим, чтобы запустить рождение пар. Новые лабораторные измерения этой реакции показали, что она протекает немного быстрее, чем предполагалось ранее. Это смещает границу массового пробела вниз, примерно к 68,5 солнечным массам. В результате часть звёзд, которые, как считалось, должны были полностью разрушиться, теперь могут пережить фазу горения гелия и тихо сколлапсировать в чёрные дыры с массами в ранее запретном диапазоне.
Такое уточнение объясняет не только появление «неправильных» чёрных дыр, но и другую загадку: редкость ярких сверхновых без водорода. Если звезда не взрывается полностью, а коллапсирует напрямую в чёрную бездну, она просто не даёт яркой вспышки. Аналогия с мостом остаётся верной, но теперь мы знаем: инженеры-ядерщики немного сдвинули опоры.
Черные дыры из запретной зоны вращаются в 5–10 раз медленнее, чем положено объектам, рожденным в слияниях. Это ключ: они возникают прямиком из коллапса звезды — той самой, что должна была исчезнуть без следа.