Ученые впервые увидели черную дыру, поглощающую нейтронную звезду

После более чем четырех лет изучения зверинца космических явлений с помощью гравитационных волн ученые наконец-то обнаружили третью ожидаемую разновидность столкновений - дважды.



Новый вид столкновения включает одну черную дыру и одну нейтронную звезду, что делает его своего рода смесью. Ученые наблюдали десятки слияний пар черных дыр и пару слияний пар черных дыр. нейтронные звезды , сверхплотные звездные трупы. Но столкновение между черной дырой и нейтронной звездой, хотя и предсказывалось учеными, не было окончательно обнаружено.



Исследователи говорят, что именно это они и сделали, наблюдая за уникальной рябью в пространстве-времени, вызванной таким столкновением.

«С этим новым открытием слияния нейтронной звезды и черной дыры за пределами нашей галактики мы обнаружили недостающий тип двойной», - говорится в заявлении Астрид Ламбертс, исследователя CNRS в Обсерватории Лазурного берега во Франции. «Мы наконец можем начать понимать, сколько из этих систем существует, как часто они сливаются, и почему мы еще не видели примеров в Млечном Пути».



Связанный: Охота на гравитационные волны: Проект лазерного интерферометра LIGO в фотографиях

Исполнитель

Художник изображает гравитационные волны, возникающие при слиянии черной дыры и нейтронной звезды.(Изображение предоставлено: Марк Майерс, OzGrav / Swinburne University)



Оба новых обнаружения произошли в январе 2020 года, с разницей всего в 10 дней, и теперь столкновения известны как GW200105 и GW200115 в те даты, когда они наблюдались. Один был обнаружен обоими детекторами обсерватории гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) и аналогичным европейским детектором Virgo, другой - только одним из детекторов LIGO и Virgo. (Партнерство теперь также включает в себя детектор в Японии под названием KAGRA, но этот объект начал наблюдения только в феврале 2020 года.)

GW200115 был особенно хорошо обнаружен и наблюдался всеми тремя объектами. Ученые считают, что это была черная дыра, почти в шесть раз превышающая массу наше солнце поглощает нейтронную звезду с массой вдвое больше, чем наше Солнце, и что слияние произошло на расстоянии от 650 миллионов до 1,5 миллиардов световых лет от нас.

GW200105 не был обнаружен так окончательно, но ученые подозревают, что это было слияние черной дыры, примерно в девять раз превышающей массу Солнца, и нейтронной звезды, которая примерно в два раза массивнее Солнца, на расстоянии около 550 миллионов и 1,3 миллиарда световых лет от нас.



Исполнитель

Художник изображает сливающуюся черную дыру и нейтронную звезду с приливным разрушением.(Изображение предоставлено: Визуализация: Т. Дитрих, Н. Фишер, С. Осокин, Х. Пфайфер, Т. Ву; моделирование: В. Чауразия, Т. Дитрих)

Ученые еще не уверены, создают ли эти смешанные слияния видимый световой сигнал (поскольку пары нейтронных звезд, кажется, делают ) или нет (как в случае слияния бинарных черных дыр).

Астрономы не смогли сопоставить ни одно из этих новых обнаружений гравитационных волн с наблюдениями световых волн, но это не обязательно означает, что такой соответствующей вспышки не было. Для менее точного обнаружения ученые смогли сузить местоположение источника только до 17% неба; для более точного обнаружения ученые все еще сталкивались с областью, эквивалентной 2900 полнолуниям. Кроме того, на таких огромных расстояниях от столкновений любой свет был бы чрезвычайно тусклым к тому времени, когда достиг бы Земли.

Однако ученые подозревают, что, по крайней мере, для этих конкретных слияний светового сигнала не было.

«Это не были события, когда черные дыры пожирали нейтронные звезды, такие как Cookie Monster, и разбрасывались осколками и осколками», - сказал Патрик Брэди, физик из Университета Висконсина в Милуоки и нынешний представитель LIGO Scientific Collaboration. утверждение. «Это« шевеление »- вот что могло вызвать свет, и мы не думаем, что это происходило в этих случаях». (Беспорядочная еда также называется приливные нарушения .)

Связанный: Ученые только что обнаружили самую большую нейтронную звезду (или самую маленькую черную дыру) в странном космическом столкновении.

График, показывающий массы исходного и конечного объектов столкновений, обнаруженных с помощью измерений гравитационных волн.

График, показывающий массы исходного и конечного объектов столкновений, обнаруженных с помощью измерений гравитационных волн.(Изображение предоставлено: LIGO-Virgo / Фрэнк Элавски, Аарон Геллер / Северо-Запад)

Эти два события знаменуют собой первый раз, когда ученые наблюдали слияние и были уверены, что оно представляет собой смешанную пару. Однако для двух предыдущих открытий возможен один и тот же сценарий, хотя астрономы не могут его подтвердить. Одно из тех событий, обнаружен в августе 2019 г. , представляет собой большую черную дыру с самой большой известной нейтронной звездой или самой маленькой известной черной дырой. Другое событие, обнаруженное четырьмя месяцами ранее, может быть объединением смешанных пар, но может просто отражать шум в детекторах.

Учитывая два наблюдения в январе 2020 года, ученые теперь предсказывают, что одно слияние черной дыры и нейтронной звезды происходит один раз в месяц в пределах одного миллиарда световых лет от Земли.

У ученых есть две теории того, как происходят такие слияния. Во-первых, каждый член двойной звезды независимо становится сверхновой, взрываясь и образуя два плотных остатка, которые в конечном итоге сливаются. Другая теория предполагает, что разрозненные звезды испытывают взрывы сверхновых, а затем устанавливают бинарные отношения.

Двух новых наблюдений за столкновениями недостаточно, чтобы определить, что происходит, но ученые надеются, что в конечном итоге обнаружение гравитационных волн решит загадку.

«Мы все еще так много не знаем о нейтронных звездах и черных дырах - насколько они могут стать маленькими или большими, с какой скоростью они могут вращаться, как они объединяются в партнеров по слиянию», - Майя Фишбах, постдок из Северо-Западного университета в Иллинойсе. и соавтор исследования, говорится в заявление университета . «С будущими данными о гравитационных волнах у нас будет статистика, чтобы ответить на эти вопросы, и в конечном итоге мы узнаем, как создаются самые экстремальные объекты в нашей Вселенной».

Детекторы-близнецы LIGO, Virgo и KAGRA, все находятся в стадии подготовки к четвертой программе партнерских наблюдений, которая должна начаться следующим летом. Ученые говорят, что работа могла бы увидеть, как партнерство обнаруживает один сигнал гравитационной волны каждый день, открывая ученым гораздо больше информации о том, что происходит в космосе, как в этих драматических слияниях.

«Каждое столкновение - это не просто соединение двух массивных и плотных объектов. Это действительно похоже на Pac-Man, где черная дыра целиком поглощает нейтронную звезду-компаньон '', - сказала Сьюзан Скотт, физик из Австралийского национального университета и соавтор исследования. заявление университета . «Эти столкновения потрясли Вселенную до основания, и мы обнаружили рябь, которую они послали в космос».

Результаты описаны в статье, опубликованной 29 июня в журнале Astrophysical Journal Letters.

Напишите Меган Бартелс по адресу mbartels@guesswhozoo.com или подпишитесь на нее в Twitter @meghanbartels. Подписывайтесь на нас в Twitter @Spacedotcom и на Facebook.