Зафиксировано слияние нейтронной звезды и черной дыры

Гравитационно-волновые антенны LIGO и Virgo зафиксировали 23 событие в рамках третьего наблюдательного сеанса. Оценочные параметры говорят о слиянии нейтронной звезды с черной дырой. По-видимому, звезда была полностью поглощена, так как вероятность существования ее остатка составляет менее одного процента. Сообщение о регистрации опубликовано на сайте базы данных гравитационных событий.

Гравитационные волны — это периодические возмущения пространства-времени, предсказанные общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Они рождаются при любых ускоренных движениях масс в отсутствии строгой вращательной симметрии, но из-за слабости гравитационного взаимодействия относительно сильные колебания возникают только при быстром движении крупных масс, таких как нейтронные звезды и черные дыры.

Первая достоверная регистрация гравитационных волн произошла 14 сентября 2015 года, о чем было публично заявлено несколько месяцев спустя. Всего было зафиксировано свыше 30 событий, большинство из них — слияния тел с массами в десятки Солнц, которые по современным представлениям могут быть только черными дырами. Также в одном случае удалось поймать волну от слияния нейтронных звезд, что было подтверждено наблюдениями обычных телескопов.

Нейтронные звезды и черные дыры — конечный продукт эволюции массивных светил. Для нейтронных звезд должна существовать максимальная масса, после которой поддерживающее их стабильность давление вырожденных нейтронов не должно справляться с гравитацией. Современные оценки указывают на значение порядка 2,16 масс Солнца для невращающегося тела. С другой стороны, рождение во взрывах сверхновых черных дыр с массами менее нескольких солнечных считается маловероятным.

Астрономы называют диапазон от 3 до 5 масс Солнца «массовой щелью» (mass gap), так как в нем наблюдается меньше рентгеновских двойных, компактным компонентом которых может быть как черная дыра, так и нейтронная звезда. Однако данные по микролинзированию не свидетельствуют в пользу наличия реального провала в распределении масс в этом промежутке. С теоретической точки зрения этот вопрос важен, так как здесь могут располагаться гипотетические кварковые звезды. Также подтверждение наличия массовой щели может указать на фундаментальные отличия механизмов взрывов сверхновых, в которых рождают нейтронные звезды и черные дыры.

В ночь с 14 на 15 августа по московскому времени гравитационные антенны зафиксировали новое событие S190814bv, ставшее 23 уверенной регистрацией в новом наблюдательном сезоне. Данную волну с высоким отношением сигнал-шум заметили все три функционирующие антенны, из-за чего была получена исключительно качественная локализация: с вероятностью в 90 процентов событие пришло из области площадью всего 23 квадратных градуса.

Ранние оценки параметров говорили об участии по крайней мере одного объекта из массовой щели, однако последующий анализ указал на столкновение принципиально разных объектов. Считалось, что зафиксированное в апреле событие S190426c является подобным процессом, но последовавший анализ указал на преобладающую вероятность слияния нейтронных звезд, хотя надежного электромагнитного сигнала получено не было. На данный момент сигналов в других каналах для события S190814bv также не было зарегистрировано.

Мы публиковали подробный материал в формате вопросов и ответов о всем, что нужно знать о гравитационных волнах — «На гребне метрического тензора». О способах регистрации и инженерных проблемах мы писали в тексте «Точилка для квантового карандаша».

Тимур Кешелава