LIGO и Дева намират мистериозен обект в „масовата пропаст“

Голям черен кръг с надпис „черна дупка“ и по -малък кръг с надпис „Неутронна звезда - въпросник - черна дупка.

През август 2019 г. мрежата с гравитационни вълни LIGO-Virgo стана свидетел на сливането на черна дупка с 23 пъти масата на нашето слънце и мистериозен обект 2,6 пъти масата на слънцето. Учените не знаят дали мистериозният обект е неутронна звезда или черна дупка, но така или иначе той постави рекорд като най-тежката известна неутронна звезда ... или най-леката известна черна дупка. Изображение чрезLIGO/ Caltech/ MIT/ R. Hurt (IPAC).


Първоначално публикувано на 23 юни 2020 г. от международното сътрудничество LIGO-Дева.

Когато най -масивните звезди умират, те се срутват под собствената си гравитация и оставят след себе си черни дупки; когато звездите, които са малко по -малко масивни, умират, те експлодират в свръхнови и оставят след себе си плътни, мъртви остатъци от звезди, наречени неутронни звезди. В продължение на десетилетия астрономите са озадачени от празнина, която се намира между неутронните звезди и черните дупки: най -тежката известна неутронна звезда е не повече от 2,5 пъти масата на нашето слънце, или 2,5слънчеви маси, а най -леката известна черна дупка е около 5 слънчеви маси. Остава въпросът: крие ли се нещо в тази така наречена масова пропаст?


Сега, в ново проучване на Обсерваторията за гравитационно-вълнови лазерни интерферометри на Националната научна фондация (LIGO) изодия Девадетектор в Европа, учените обявиха откриването на обект с 2,6 слънчеви маси, поставяйки го здраво в масата. Обектът е намерен на 14 август 2019 г., тъй като се слива с черна дупка от 23 слънчеви маси, генерирайки пръскане на гравитационни вълни, засечени обратно на Земята от LIGO и Дева. Документ за откриването бешепубликуванина 23 юни 2020 г., вThe Astrophysical Journal Letters.

Вики Калогера, професор в Северозападния университет,казах:

Чакаме десетилетия, за да разрешим тази загадка. Не знаем дали този обект е най -тежката известна неутронна звезда или най -леката известна черна дупка, но така или иначе чупи рекорд.




СъавторПатрик Брейди, професор в Университета на Уисконсин, Милуоки, и говорител на научното сътрудничество на LIGO, казаха:

Това ще промени начина, по който учените говорят за неутронни звезди и черни дупки. Разликата в масата може изобщо да не съществува, но може да се дължи на ограничения в способностите за наблюдение. Времето и още наблюдения ще покажат.

Описаното в изследването космическо сливане, събитие, наречено GW190814, доведе до окончателна черна дупка, около 25 пъти по -голяма от масата на Слънцето (част от обединената маса се преобразува в взрив на енергия под формата на гравитационни вълни). Новообразуваната черна дупка се намира на около 800 милионасветлинни годинидалеч от Земята.

Преди сливането на двата обекта, техните маси се различават с коефициент 9, което прави това най-крайното съотношение на масата, известно за събитие на гравитационна вълна. Друго наскоро съобщено събитие LIGO-Virgo, наречено GW190412, се случи между две черни дупки с масово съотношение около 4: 1. Калогера обясни:

Предизвикателство за настоящите теоретични модели е да се образуват сливащи се двойки компактни обекти с толкова голямо съотношение на масата, в които партньорът с ниска маса се намира в масата. Това откритие предполага, че тези събития се случват много по-често, отколкото прогнозирахме, което прави този наистина интригуващ обект с ниска маса.

Мистериозният обект може да бъде неутронна звезда, сливаща се с черна дупка, вълнуваща възможност, очаквана теоретично, но все още не потвърдена наблюдателно. Въпреки това, с 2,6 пъти масата на нашето слънце, той надвишава съвременните прогнози за максималната маса на неутронните звезди и вместо това може да бъде най -леката черна дупка, открита някога.


Графика със сини кръгове отгоре, лилави кръгове отдолу, жълти и оранжеви точки отдолу.

Маси в звездното гробище. Тази графика показва масите на черни дупки, открити чрез електромагнитни наблюдения (лилаво), черни дупки, измерени чрез наблюдения на гравитационни вълни (синьо), неутронни звезди, измерени с електромагнитни наблюдения (жълто), и неутронни звезди, открити чрез гравитационни вълни (оранжево). GW190814 е подчертан в средата на графиката като сливане на черна дупка и мистериозен обект (или неутронна звезда, или черна дупка) около 2,6 пъти масата на слънцето. Изображение чрезЛИГО-Дева/ Northwestern U./ Frank Elavsky & Aaron Geller.

Когато учените от LIGO и Дева забелязаха това сливане, те незабавно изпратиха сигнал до астрономическата общност. Десетки наземни и космически телескопи проследиха в търсене на светлинни вълни, генерирани в събитието, но никой не улови никакви сигнали. Досега такива светлинни аналози на сигналите на гравитационните вълни са виждани само веднъж, в събитие, наречено GW170817. Това събитие, открито от мрежата LIGO-Virgo през август 2017 г., включва огнен сблъсък между две неутронни звезди, който впоследствие е станал свидетел на десетки телескопи на Земята и в космоса. Сблъсъците с неутронни звезди са разхвърляни неща с материя, изхвърлена навън във всички посоки и поради това се очаква да блести със светлина. Обратно, при повечето обстоятелства се смята, че сливанията на черни дупки не произвеждат светлина.

Според учените от LIGO и Дева, събитието през август 2019 г. не е било видяно от светлинни телескопи по няколко възможни причини. Първо, това събитие беше шест пъти по -далеч от сливането, наблюдавано през 2017 г., което затруднява улавянето на светлинни сигнали. Второ, ако сблъсъкът включваше две черни дупки, той вероятно нямаше да блесне с никаква светлина. Трето, ако обектът всъщност беше неутронна звезда, неговият 9-кратно по-масивен партньор от черна дупка можеше да го погълне цял; неутронна звезда, консумирана цяла от черна дупка, няма да излъчва светлина. Калогера коментира:

Мисля, че Pac-Man яде малка точка. Когато масите са силно асиметрични, по -малката неутронна звезда може да се изяде с една хапка.

Сияеща петниста синя сфера и тъмна сфера в далечината, с жълти и оранжеви ивици, които ги свързват.

Концепцията на художника за двойна система от черна дупка/неутронна звезда. Той показва неутронна звезда (преден план), обикаляща около по -голяма черна дупка (фон). Черната дупка е по -далечна и изглежда по -малка от тази гледна точка и показва ефектите награвитационни лещиот материал, натрупан от неутронната звезда. Не е известно дали спътникът на черната дупка в GW190814 е неутронна звезда или черна дупка с ниска маса. Изображение чрез Carl Knox (OzGrav)/ЛИГО-Дева.

Как изследователите ще разберат дали мистериозният обект е неутронна звезда или черна дупка? Бъдещите наблюдения с LIGO, Дева и евентуално други телескопи могат да уловят подобни събития, които биха помогнали да се разкрие дали съществуват допълнителни обекти в масата.Чарли днес, член на научното сътрудничество на LIGO и аспирант в университета в Кардиф, каза:

Това е първият поглед към това, което би могло да бъде изцяло нова популация от компактни двоични обекти. Наистина вълнуващото е, че това е само началото. Тъй като детекторите стават все по -чувствителни, ние ще наблюдаваме още повече от тези сигнали и ще можем да определим популациите на неутронни звезди и черни дупки във Вселената.

Педро Маронети, програмен директор по гравитационна физика в Националната научна фондация (NSF), каза:

Разликата в масата е интересен пъзел от десетилетия и сега открихме обект, който се побира точно в него. Това не може да бъде обяснено, без да се противопоставя на разбирането ни за изключително плътна материя или на това, което знаем за еволюцията на звездите. Това наблюдение е още един пример за трансформационния потенциал на областта на астрономията с гравитационни вълни, който носи нови прозрения с всяко ново откриване.

В крайна сметка: Светът на науката бръмчи за ново откритие, направено чрез сътрудничеството LIGO-Дева. Това е нов обект, открит в т. Нар. „Масова пропаст“ между неутронните звезди и черните дупки.

Източник: GW190814: Гравитационни вълни от сливането на черна дупка от 23 слънчева маса с компактен обект 2,6 слънчева маса

Чрез LIGO/Caltech