LIGO и Virgo увидели гравитационные волны от слияния нейтронной звезды и черной дыры

Обсерватории LIGO и Virgo впервые достоверно зарегистрировали гравитационные волны от слияния нейтронной звезды и черной дыры. Предполагается, что при этом образовались черные дыры, а источники всплесков находятся на расстоянии около миллиарда световых лет от Солнца. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Обнаружение тесной пары из нейтронной звезды и черной дыры как путем регистрации электромагнитного излучения, так и гравитационных волн, до сих пор остается для астрономов камнем преткновения. Ученых интересует не только взаимодействие объектов в такой системе, которое можно отслеживать по радиоимпульсам от пульсара, но и ход их слияния, а также свойства получающегося при этом компактного объекта.

За последние четыре десятилетия в ходе электромагнитных наблюдений было найдено 19 двойных нейтронных звезд, а гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo регистрируют, в основном, двойные сливающие черные дыры, и лишь два события, зафиксированные в третью наблюдательную кампанию, относились к кандидатам в пару из нейтронной звезды и черной дыры. Тем не менее в случае GW190426 вероятность ложного срабатывания оказалось достаточно высокой, а в случае GW190814 расчетная масса кандидата в нейтронную звезду, составившая 2,59 массы Солнца, оказалась слишком большой для объекта подобного рода.

Группа астрономов из коллабораций LIGO, Virgo и KAGRA во главе с Ричардом Аботтом (Richard Abbott) из Калифорнийского технологического института сообщила о двух случаях надежной регистрации гравитационных волн от слияния нейтронной звезды и черной дыры. GW200105 был зафиксирован 5 января 2020 года одним из детекторов LIGO, а GW200115 был обнаружен 15 января 2020 года обоими детекторами LIGO и детектором Virgo, что позволило на порядок сузить область локализации источника в небе (в случае GW200105 — 7200 квадратных градусов, в случае GW200115 — 600 квадратных градусов). Сигнал от GW200105 шел до Земли 931 миллион лет, а от GW200115— 978 миллионов лет.

Ученые пришли к выводу, что сценарий возникновения всплеска GW200105 на уровне достоверности 90 процентов заключается в слиянии черной дыры с массой 8,9 массы Солнца и нейтронной звезды с массой 1,9 массы Солнца, а в случае GW200115 черная дыра обладала массой 5,7 массы Солнца, а нейтронная звезда —1,5 массы Солнца. В обоих случаях в результате слияния образовалась черная дыра.

Исследователи отмечают, что полученные результаты согласуются с теоретическими предсказаниями для событий слияний нейтронной звезды и черной дыры, а также свойствами галактических нейтронных звезд и черных дыр. При этом ожидается, что подобные события происходят в среднем раз в месяц на расстояниях до одного миллиарда световых лет от Солнца.

О том, что такое гравитационные волны, как их регистрировать и почему это важно для ученых мы рассказывали в материалах «На гребне метрического тензора» и «Точилка для квантового карандаша».

Александр Войтюк