Астрономы впервые напрямую зарегистрировали рождение черной дыры промежуточной массы
Группа LIGO/Virgo обнаружила в данных третьего сезона наблюдений всплеск гравитационных волн, возникший при слиянии двух неожиданно массивных черных дыр. Событие произошло, когда возраст Вселенной составлял примерно половину от современного. Образовавшийся в результате компактный объект имеет массу 142 солнечных — это самая тяжелая черная дыра из всех, что удалось обнаружить с помощью гравитационных волн. Кроме того, она формально находится в диапазоне масс, соответствующем черным дырам промежуточной массы — объект такого типа зарегистрирован напрямую учеными впервые. Посвященные открытию работы опубликованы в журналах Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.
Несмотря на то, что существование гравитационных волн, которые представляют собой колебания геометрии пространства-времени, было предсказано Общей теорией относительности Эйнштейна еще в 1916 году, впервые зарегистрировать их удалось лишь спустя сто лет. В этом астрономам помогли лазерные интерферометры LIGO и VIRGO, которые на текущий момент провели уже три наблюдательные кампании (O1, O2 и О3). Благодаря им удалось поймать момент рождения килоновой, а также обнаружить гравитационный всплеск от слияния нейтронной звезды и черной дыры. Более подробно о том, как регистрируют гравитационные волны, можно прочитать в материалах «На гребне метрического тензора», «Точилка для квантового карандаша» и «Тоньше протона».
Сигнал, получивший обозначение GW190521, был зарегистрирован научными коллаборациями Virgo и LIGO 21 мая 2019 года. Как показали расчеты, его источником стало слияние черных дыр с массами 66 и 85 солнечных. Событие произошло в пяти гигапарсеках от Земли (красное смещение системы составляет z = 0,8), что делает зарегистрированный всплеск одним из самых далеких, обнаруженных на сегодняшний день. Он длился меньше десятой доли секунды, и в энергию волн перешло около восьми масс Солнца.
Рожденная в результате слияния черная дыра в 142 раза тяжелее нашего светила, что позволяет ее формально отнести к черным дырам промежуточной массы (хотя она и находится на самой нижней границе). Объекты такого типа являются «мостиком» между черными дырами звездной массы (от 5 до нескольких десятков масс Солнца) и сверхмассивными черными дырами (от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца). Несмотря на то, что астрономы давно говорили о существовании черных дыр переходных масс, до сих пор им удавалось получить лишь косвенные доказательства их существования. Напрямую зарегистрировать рождение подобного объекта удалось впервые.
Однако больший интерес у астрономов вызвал более тяжелый компонент двойной системы. Согласно современным моделям звездной эволюции, черные дыры, возникающие после смерти звезд, должны иметь массу либо меньше 66, либо больше 120 солнечных. Как отмечает Фрэнк Ом (Frank Ohme), руководитель независимой исследовательской группы при Институте Эйнштейна в Ганновере, черная дыра с массой 85 солнечных, которую мы видим в двойной системе — первая, которая попадает в промежуток масс парной нестабильности.
Согласно современным представлениям, звезды с массой не более 130 солнечных после смерти образуют черную дыру не тяжелее 65 солнечных масс. Звезды с массой более 200 масс Солнца на финальной стадии жизненного цикла рождают черные дыры с массой от 120 солнечных. Между ними находятся светила, чья масса превосходит солнечную в 130-200 раз, и для них характерно явление так называемой парной нестабильности, когда сильное гамма-излучение в недрах звезды начинает порождать электрон-позитронные пары. Как следствие, это сокращает световое давление на внешние слои, что нарушает баланс между ним и силой тяжести. Далее следует частичный коллапс, а затем мощный взрыв, после которого не остается никакого остатка (кроме железа, которое рассеивается в окружающее пространство) — поэтому этот «пробел» и называют промежутком масс парной нестабильности.
Согласно одной из версий, подобная черная дыра может быть также продуктом слияния двух других черных дыр или массивных звезд. Кроме того, это может быть поглощение черной дырой какого-то другого космического объекта или же первичные черные дыры, образовавшиеся после Большого взрыва.
Кроме того, исследователи рассматривают и другие возможные источники сигнала GW190521. Так, астрономы допускают, что гравитационный всплеск мог возникнуть при коллапсе звезды в нашей собственной галактике, или же исходить от космической струны — гипотетического реликтового астрономического объекта, представляющего собой одномерную складку пространства-времени (хотя ни одно из этих явлений не соответствует сигналу так хорошо, как слияние пар черных дыр).
Ранее ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, возникший при слиянии черных дыр в асимметричной двойной системе. Результаты работы позволили наложить ограничения на модели формирования подобных систем.
Кристина Уласович
Оно возникло из-за сильной солнечной вспышки и выброса плазмы
Китайские астрономы сообщили о первом случае регистрации наземного возрастания солнечных космических лучей на Земле, Луне и Марсе. Само по себе событие не было очень мощным и возникло в октябре 2021 года из-за сильной вспышки и коронального выброса массы на Солнце. Статья опубликована в журнале Geophysical Research Letters. Когда на Солнце происходят мощные вспышки или корональные выбросы массы, то в гелиосфере наблюдается возрастание интенсивности энергетических частиц солнечных космических лучей (в основном это протоны), которые способны негативно влиять на здоровье астронавтов или электронику космических аппаратов и кораблей. При этом могут возникать события наземного возрастания солнечных космических лучей (GLE-событие), когда ускоренные протоны с энергиями от пятисот мегаэлектронвольт до нескольких гигаэлектронвольт способны достичь поверхности Земли, порождая в атмосфере множество вторичных частиц, что обнаруживается наземными детекторами. Такие события относительно редки, с 1942 года их зарегистрировано 73 штуки. Группа астрономов во главе с Го Цзиннань (Jingnan Guo) из Научно-технического университета Китая опубликовала результаты анализа наблюдений первого случая регистрации наземного возрастания солнечных космических лучей на поверхностях сразу трех небесных тел — Земли, Луны и Марса. Речь идет о событии GLE73, которое произошло 28 октября 2021 года и связано с солнечной вспышкой класса X1.0 и сопровождавшим ее мощным корональным выбросом массы. Ученые рассматривали данные, полученные прибором LND на борту китайской станции «Чанъэ-4» на поверхности обратной стороны Луны, инструментом CRaTER на борту орбитального лунного зонда LRO, детектором RAMIS на спутнике Eu:CROPIS на полярной 600-километровой околоземной орбите, а также детектором RAD на борту марсохода «Кьюриосити». Поскольку Луна не имеет глобального магнитного поля или плотной атмосферы, то солнечные космические лучи могут достигать ее поверхности напрямую, а также взаимодействовать с реголитом, порождая вторичные частицы. У Марса тоже отсутствует глобальная магнитосфера, однако есть тонкая атмосфера, в которой солнечные космические лучи способны терять часть энергии и генерировать вторичные частицы, которые, как и в случае Луны, будут возникать и при взаимодействии первичных частиц с грунтом. В случае околоземной орбиты измеренная общая доза поглощенного излучения от солнечных космических лучей составила 10,474 миллигрей, околомарсианской — 9,186 миллигрей, окололунной — 31,191 миллигрей. На показания детектора RAMIS, скорее всего, влиял тот факт, что он находился за трехмиллиметровым алюминиевым экраном, в то время как CRaTER был наименее экранированным детектором. В случае лунной поверхности измеренная доза поглощенного излучения составила около 17 миллигрей, при этом значение смоделированной дозы составляет около 11 миллигрей. Для поверхности Марса поглощенная доза составила 0,288 миллигрея, при этом наиболее верная по мнению ученых модель дает значение дозы 0,315 миллигрея. Ученые отмечают, что радиационный эффект GLE73 по сравнению с другими GLE-событиями не выглядит очень большим, возможно из-за недостаточной эффективности ускорения частиц во время выброса или вспышки. Считается, что острая лучевая болезнь развивается у человека, если его тело получит дозу выше 700 миллигрей одномоментно или за короткое время. Ни одно из событий типа GLE на Марсе не преодолело этот порог по измеренной дозе, а вот на Луне 12 из 67 событий превысили этот уровень. Для лучшего понимания угрозы таких событий для астронавтов и техники, а также создания более точных моделей, необходимо продолжать мониторинг радиационной обстановки как на Земле, так и в межпланетном пространстве и на поверхности других небесных тел. Ранее мы рассказывали о том, как десять космических аппаратов отследили путешествие солнечной плазмы по Солнечной системе.