LIGO зарегистрировала гравитационный всплеск от слияния рекордно «легких» черных дыр
Физики из международных коллабораций LIGO и Virgo в шестой раз смогли зарегистрировать гравитационные волны. В этот раз их источником стало событие GW170608 — слияние двух черных дыр, которые имели самые малые массы за всю историю гравитационно-волновой астрономии, говорится в пресс-релизе на сайте коллаборации LIGO.
Вечером 8 июня 2017 года, в 02:01 (UTC) системы лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории LIGO в Ливингстоне (штат Луизиана) зарегистрировали приход гравитационного всплеска из космоса. Сигнал получил обозначение GW170608 (сигналы обозначаются по дате регистрации). Через 7 миллисекунд сигнал был зарегистрирован вторым интерферометром обсерватории LIGO в Хэнфорде (Вашингтон). Разница во времени регистрации позволила оценить местоположение источника сигнала на небесной сфере в пределах 520 квадратных градусов. Оповещение о регистрации всплеска было разослано различным обсерваториям для поиска возможного источника электромагнитного излучения в этой области неба, связанного со всплеском. Обсерватория Virgo не регистрировала данный гравитационный всплеск, она была введена в строй лишь 1 августа.
Анализ сигнала показал, что двойная система состояла из черных дыр с массами в диапазонах от 5 до 9 и от 9 до 19 масс Солнца. В результате слияния образовалась новая черная дыра с массой, лежащей в диапазоне от 17 до 23 масс Солнца, и радиусом в диапазоне от 47 до 63 километров, при этом примерно 1 солнечная масса была преобразована в энергию гравитационных волн по формуле Эйнштейна. Значение красного смещения для источника сигнала z=0,04 ~ 0,1, что означает, что гравитационные волны дошли до Земли через 0,7-1,5 миллиарда лет после слияния черных дыр.
Массы черных дыр до слияния могут дать астрономам информацию о том, как выглядели их звезды-прародители. Когда массивные звезды достигают финала своей жизни, они теряют большую часть своей массы из-за звездных ветров, вызванных давлением излучения звезды. Чем больше «тяжелых» элементов, таких как углерод и азот, содержится в звезде, тем больше массы она потеряет до того, как произойдет коллапс в черную дыру. Таким образом, звезды-прародители черных дыр, породившие гравитационный всплеск GW170608, могли содержать относительно большие количества «тяжелых» элементов по сравнению со звездами, образовавшими более массивные черные дыры, например в случае гравитационного всплеска GW150914.
Гравитационные волны — волны колебаний геометрии пространства-времени, существование которых было предсказано общей теорией относительности. Впервые об их достоверном обнаружении коллаборация LIGO сообщила в феврале 2016 года — спустя 100 лет после предсказаний Эйнштейна, а недавно ученые впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух нейтронных звезд. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и как они могут помочь исследовать Вселенную можно прочитать в наших специальных материалах — «На гребне метрического тензора» и «За волной волна».
Изначально в тексте заметки содержалась ошибка: радиус новообразованной черной дыры лежит в диапазоне от 47 до 63 километров, а не в диапазоне от 47 до 63 радиусов Солнца, как сообщалось изначально. Редакция приносит свои извинения читателям.
Александр Войтюк
Он продлился 1090 секунд
Астрономы обнаружили самый далекий сверхдлинный гамма-всплеск, который в общей сложности продлился 1090 секунд и обладал двухпиковой структурой. Несмотря на это он в целом похож на обычные длинные гамма-всплески. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Гамма-всплески характеризуются изотропными светимостями около 1051−1053 эрг в секунду, что делает их самыми яркими взрывными событиями, наблюдаемыми во Вселенной. Их делят на длинные (более двух секунд) и короткие (менее двух секунд). Считается, что короткие всплески порождаются слиянием двух компактных объектов, один из которых представляет собой нейтронную звезду, а длинные всплески считаются результатом гравитационного коллапса массивной звезды в черную дыру, хотя возможны исключения. Интерес также представляют редкие всплески с чрезвычайно большой продолжительностью, превышающей тысячу секунд, которые выделяются в отдельный класс сверхдлинных гамма-всплесков. Их прародители могут отличаться от обычных длинных всплесков, возможно ими могут быть голубые сверхгиганты. Группа астрономов во главе с Сибабальвой де Вет (Sibabalwe de Wet) из Кейптаунского университета сообщила об открытии необычного сверхдлинного гамма-всплеска GRB 220627A. Он был обнаружен 27 июня 2022 года космическим гамма-телескопом «Ферми», затем за ним наблюдали космический рентгеновский телескоп «Swift», наземная система MeerLICHT, радиотелескопы ATCA и MeerKAT, а также прибор MUSE, установленный на комплексе телескопов VLT. Отличительной особенностью GRB 220627A стали два отдельных эпизода регистрации гамма-квантов, разделенные промежутком примерно в 600 секунд, в результате чего общая продолжительность всплеска составляет примерно 1090 секунд. Оптическое послесвечение было обнаружено через 0,84 дня после регистрации вспышки Красное смещение источника GRB 220627A составило z = 3,08, что делает его самым далеким сверхдлинным гамма-всплеском, обнаруженным на сегодняшний день. Кривая блеска мгновенного излучения GRB 220627A наиболее похожа на кривую блеска для всплеска GRB 110709B, для которого предлагалась следующая модель для объяснения двух подвсплесков с длительным затишьем между ними: при коллапсе звезды вначале рождался магнитар, который давал первый подвсплеск, а затем магнитар коллапсировал в черную дыру, что порождало второй подвсплеск. При этом спектральные свойства гамма-всплеска и свойства послесвечения GRB 220627A не являются чем-то необычным по сравнению с популяцией уже наблюдавшихся длинных гамма-всплесков, поэтому ученые посчитали, что прародитель всплеска, которым была массивная звезда, врядли был экзотическим, хотя такая возможность полностью не исключается. Предполагается, что окружающая среда вокруг источника всплеска обладает субсолнечной металличностью, а при коллапсе звезды возник джет с углом раскрытия около 4,5 градуса. Ранее мы рассказывали о том, как свойства самого яркого гамма-всплеска в истории объяснили структурированным джетом.