Новое явление: черная дыра могла поглотить нейтронную звезду

Обсерватории LIGO и Virgo зарегистрировали гравитационную «рябь», возможно, порожденную первой в истории регистрацией поглощения нейтронной звезды черной дырой. Если это предположение подтвердится, это станет первым свидетельством реального существования таких двойных систем.

В 15:22:17 UTC 26 апреля детекторы лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в США и обсерватории Virgo в Италии сообщили о приходе волн необычного типа. Астрономы еще анализируют данные и проводят компьютерное моделирование, чтобы их проинтерпретировать. Но уже сейчас исследователи рассматривают возможность того, что им удалось зарегистрировать давно прогнозируемое событие, которое может дать огромное количество информации о космосе: от новых точных тестов общей теории относительности до измерения скорости расширения Вселенной. По всему миру астрономы соревнуются в попытках наблюдения этого явления с различными видами телескопов и приемников.

Принятый сигнал был не очень сильным – он может быть просто случайной флюктуацией. Все, конечно, возбуждены, но надо ясно понимать, что уровень значимости сигнала гораздо ниже, чем во многих предыдущих событиях. LIGO и Virgo уже регистрировали гравитационные волны—слабую рябь пространственно-временной «ткани» — от двух типов катаклизмических событий: слияний двух черных дыр и столкновений двух нейтронных звезд. Последние представляют собой маленькие сверхплотные объекты, образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд.

Последнее же событие, предварительно обозначенное #S190426c, по-видимому, произошло на расстоянии около 375 мегапарсек (1,2 миллиарда световых лет) от нас. Исследователи построили «звездную карту», которая показывает, в какой точке неба, скорее всего, образовались гравитационные волны и опубликовали эту информацию, чтобы астрономы всего мира могли начать поиски этого события в оптике.

В рамках этого проекта работает сеть робот-телескопов по всему миру. В данном случае немедленно был задействован один из таких телескопов в Индии, где в момент прихода гравитационных волн как раз была ночь.

Накануне, в 08:18:26 UTC 25 апреля приемник LIGO в Ливингстоне, в штате Луизиана, и телескоп Virgo зарегистрировали еще один всплеск. Это событие – ясный случай слияния двух нейтронных звезд, произошедший почти два года спустя после первого исторического открытия такого же явления в августе 2017 года.

Исследователи могут делать такие выводы, так как гравитационные волны несут информацию о массе сливающихся объектов: объекты примерно вдвое тяжелее Солнца должны быть именно нейтронными звездами. Основываясь на «громкости» волн, исследователи заключили, что это столкновение произошло на расстоянии около 150 мегапарсек (500 миллионов световых лет) от нас.

Иаир Аркави (Iair Arcavi), астрофизик из университета в Тель Авиве, работающий в обсерватории Лас Кумбрес, был в это время в Балтиморе, штат Мэриленд, на конференции по «мульти-мессенджер-астрофизике»: Enabling Multi-Messenger Astrophysics (EMMA), на которой как раз обсуждались наблюдения таких событий в различных диапазонах спектра. Он был разбужен сообщением о событии 25 апреля в 5:01 утра: сообщение послал запрограммированный робот. Участников конференции тут же охватила наблюдательная лихорадка: сидя за кофейным столом, они возбужденно обменивались твитами, получаемыми с телескопов. Однако, в отличие от других аналогичных случаев, LIGO и Virgo не смогли определить направление, с которого приходят волны. Удалось очертить только широкую область примерно в четверть полушария небесной сферы. На следующий день эти границы удалось немного сузить. Все же астрономы уверены, что еще за одну-две ночи они в конце концов выявят источник излучения.

Во время слияния нейтронных звезд в 2017 г. сочетание наблюдений на разных длинах волн позволило получить огромное количество ценнейших научных данных. Спустя 2 секунды после события орбитальный телескоп зарегистрировал гамма-всплеск — который предположительно возникает, когда нейтронная звезда коллапсирует в черную дыру. Несколько месяцев около 70 других обсерваторий наблюдали явление во всех диапазонах электромагнитного спектра, от радиоволн до рентгеновских лучей.

Если событие 26 апреля все же не окажется слиянием черной дыры и нейтронной звезды, то, вероятно, это такое же столкновение нейтронных звезд, как и те два, что уже наблюдались.

Однако если все же подтвердится поглощение нейтронной звезды черной дырой, это может дать очень много такой информации, какую нельзя рассчитывать получить в ином случае. Прежде всего, это стало бы подтверждением самого существования таких систем, образующихся из двойных звезд с очень различными массами. Орбиты компонентов таких систем на последних стадиях перед слиянием должны очень сильно отличаться от случая пар черных дыр. В паре «нейтронная звезда–черная дыра, более массивная черная дыра искажает пространство вокруг себя в процессе вращения. Нейтронная звезда будет описывать вокруг черной дыры сферическую, а не квази-круговую орбиту. Поэтому такая система представляет собой гораздо более мощную тестовую установку для проверки общей теории относительности.

Наблюдения гравитационных волн и сопутствующего электромагнитного излучения может пролить свет на финальные состояния компонентов системы перед слиянием. Приливные силы должны разорвать нейтронную звезду, и эта космическая катастрофа может помочь раскрыть давнюю тайну: каково состояние вещества в недрах ультракомпактных объектов?

Коллаборация LIGO–Virgo начала новую наблюдательную кампанию 1 апреля, рассчитывая наблюдать примерно одно событие слияния черных дыр в неделю и одно слияние нейтронных звезд в месяц. Пока эти предсказания выполняются — в этом месяце было выполнено еще несколько наблюдений слияний черных дыр.