Астрофизики обнаружили первые слияния черная дыра-нейтронная звезда

Давным-давно, в двух галактиках, расположенных примерно в 900 миллионах световых годах от нас, две черные дыры поглотили своих спутников-нейтронных звезд, вызвав гравитационные волны, которые окончательно достигли Земли в январе 2020 года.

Об этом рассказывают в Северо-Западном университете.

Два события, обнаруженные международной командой астрофизиков с разницей лишь в 10 дней, означают первое в истории обнаружение слияния черной дыры с нейтронной звездой. Полученные данные позволят исследователям сделать первые выводы о происхождении этих редких бинарных систем и о том, как часто они сливаются.

"Гравитационные волны позволили нам выявить столкновения пар черных дыр и пар нейтронных звезд, но смешанное столкновения черной дыры с нейтронной звездой было неуловимым фрагментом семейной картины слияния компактных объектов", - сказал Чейз Кимбол, аспирант Северо-Западного университета, который стал соавтором исследования. "Завершение этой картины имеет решающее значение для наложения ограничений в целом ряде астрофизических моделей образования компактных объектов и эволюции бинаров. Присущей частью этих моделей является их предсказания скорости слияния черных дыр и нейтронных звезд между собой. Благодаря этим обнаружением мы наконец получили измерения скорости слияния для всех трех категорий компактных бинарных слияний".

Исследование опубликовано 29 июня в Astrophysical Journal Letters. В состав команды входят исследователи из Научного сотрудничества LIGO (LSC), Сотрудничества Virgo и проекта Детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA).

Новости по подобной теме:

		Астрономы обнаружили первую из ожидаемых в скоплении «Омега Центавра» черную дыру звездной массы
		После длительных поисков обнаружен ветер центральной черной дыры Млечного Пути
		«Уэбб» обнаружил черную дыру, образовавшуюся раньше, чем ее галактика

Команда наблюдала за двумя новыми гравитационно-волновыми событиями, которые получили название GW200105 и GW200115, 5 января 2020 года и 15 января 2020-го во время второй половины третьего наблюдательный цикла детекторов LIGO и Virgo под названием O3b. Хотя многие обсерватории провели несколько последующих наблюдений, ни одна не наблюдала свет от любого события, который бы соответствовал измеренным массам и расстояниям.

"После анонсированного в июне 2020 года раздражающего открытия слияния черной дыры с таинственным объектом, который может быть самой массивной нейтронной звездой из известных, увлекательным также является выявление четко идентифицируемых смешанных слияний, предусмотренных нашими теоретическими моделями уже несколько десятилетий назад", - сказала сосоветник Кимбалл и главный исследователь группы Северо-Западнооо университета в LSC Вики Калогера. "Количественное согласование ограничения скорости и свойств для всех трех типов популяций будет мощным способом дать ответы на фундаментальные вопросы происхождения".

Все три большие детекторы (оба прибора LIGO, так и прибор Virgo) обнаружили GW200115, который был результатом слияния черной дыры с 6 солнечными массами и нейтронной звездой с массой 1,5 солнечных примерно за 1 миллиард световых лет от Земли. С помощью наблюдений трех широко разделенных на Земле детекторов можно определить направление происхождения волн с части неба, которая эквивалентна площади, охватывающей 2900 полных лун.

Только 10 дней спустя LIGO обнаружил мощный сигнал от GW200105, используя только один детектор, тогда как другой временно находился в режиме офлайн. Хотя Virgo также вел наблюдения, сигнал был слишком тихим, чтобы Virgo мог помочь его обнаружить. С гравитационных волн астрономы сделали вывод, что сигнал вызван черной дырой 9 солнечных масс, которая столкнулась с компактным объектом с 1,9-солнечной массой, который, как, в результате они решили, является нейтронной звездой. Это слияние произошло на расстоянии около 900 миллионов световых лет от Земли.

Поскольку сигнал был мощным только в одном детекторе, астрономы не смогли точно определить направление происхождения волн. Хотя сигнал был слишком тихим для Virgo для подтверждения обнаружения, имеющиеся данные помогли сузить потенциальное расположение источника до примерно 17% всего неба, что эквивалентно площади, покрытой 34000 полных лун.

Массы нейтронных звезд и черных дыр, измеренных с помощью гравитационных волн (синий и оранжевый) и электромагнитных наблюдений (желтый и фиолетовый). GW 200105 и GW 200115 выделены как слияния нейтронных звезд с черными дырами. © LIGO-Virgo / Frank Elavsky, Aaron Geller / Northwestern

Откуда они берутся?

Поскольку эти два события являются первыми уверенными наблюдениям гравитационных волн от черных дыр, сливающихся с нейтронными звездами, теперь исследователи могут оценить, как часто такие события происходят во Вселенной. Хотя не все события поддаются выявлению, исследователи ожидают, что примерно одно такое слияние в месяц происходит на расстоянии одного миллиарда световых лет.

Хотя непонятно, где образуются эти бинарные системы, астрономы определили три вероятные космические истоки: звездные бинарные системы, плотные звездные среды, включая молодые звездные скопления, и центры галактик.

В это время команда готовит детекторы к четвертому запуску наблюдений, который начнется летом 2022 года.

"Теперь мы увидели первые примеры слияния черных дыр с нейтронными звездами, поэтому мы знаем, что они существуют", - сказала соавтор Майя Фишбах, член LSC. "Но мы все еще так много не знаем о нейтронных звездах и черных дырах - насколько маленькими или большими они могут стать, как быстро они могут вращаться, как они объединяются в пары для слияния. Благодаря будущим гравитационно-волновым данным мы получим статистику, чтобы ответить на эти вопросы и в конце концов узнать, как создаются самые экстремальные объекты в нашей Вселенной".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Черные дыры
• Нейтронные звезды