Астрономам вперше вдалося побачити злиття двох найщільніших об'єктів у Всесвіті - чорної діри та нейтронної зірки. Обсерваторії LIGO і Virgo двічі зафіксували гравітаційні хвилі від таких зіткнень на відстані близько мільярда світлових років від Сонця. Про зустріч цих екзотичних об'єктів вчені повідомили у The Astrophysical Journal Letters.
Візуалізація зіткнення від MAYA Collaboration. MAYA Collaboration / YouTube
Хто зіткнувся?
Зорі рідко народжуються поодинці - часто у молекулярній хмарі утворюється два центри конденсації, з яких згодом з’явиться по зірці, що обертатимуться навколо спільного центру мас. Тому цілком очевидним було б колись побачити парні комбінації нейтронних зірок, чорних дір або нейтронної зірки і чорної діри. За електромагнітним випромінюванням вчені вже знайшли аж 19 пар нейтронних зірок, а обсерваторії LIGO і Virgo у 2015 році вперше «почули» гравітаційні хвилі від двох чорних дір (а кандидатів у такі пари - 48). Втім, досі переконливих доказів на тісне існування чорної діри із нейтронною зорею не було.
Але астрономам з колаборацій LIGO, Virgo і KAGRA 10 і 15 січня минулого року вдалося зафіксувати події, що за датами спостереження отримали назви GW200105 і GW200115. Обидва сигнали являють собою заключний момент, коли чорна діра і нейтронна зірка закрутилися по спіралі і злилися разом. Для GW200105 маса чорної діри, за оцінками, складає приблизно в 9 разів більше сонячної, а маса супутньої нейтронної зірки становить близько 1,9 маси Сонця. За оцінками, два об'єкта об'єдналися близько 900 мільйонів років тому. GW200115 є результатом злиття чорної діри масою 6 сонячних, яка зіткнулася з нейтронної зіркою, приблизно в 1,5 рази більшою за Сонце. В обох випадках чорні діри були досить великими, щоб вони могли повністю поглинути свої нейтронні зірки, зовсім не залишивши світла.
Звідки ми про це знаємо?
Гравітаційні хвилі від обох зіткнень були виявлені обсерваторією гравітаційних хвиль з лазерним інтерферометром (LIGO) і Virgo в Італії. Сигнал від GW200105 йшов до Землі 931 мільйон років, а від GW200115- 978 мільйонів років. За словами вчених, почуті сигнали узгоджуються з теоретичними передбаченнями для подій злиття нейтронної зірки і чорної діри, хоча самі події мають бути досить рідкісними - на кожнен десяток пар нейтронних зірок прийдеться одна така зустріч.
Теоретично вони могли навіть залишити по собі світло, яке ми могли б зафіксувати у телескоп. Але дані про положення цих об'єктів ми мали лише на основі гравітаційних хвиль, а чорна діра могла надто швидко поглинути зорю - до того, як та розірветься та залишить матеріал навколо системи після зіткнення.
Як вони зіткнулися?
Найбільш імовірним сценарієм такого зіткнення є утворення із пари зірок нейтронної і чорної. Так у своїй системі вони були б гігантськими зорями, що після того, як у них скінчилося пальне, вибухнули надновими, але енергії вистачило на два різні об'єкти. Детальніше про життєвий шлях зірок ми розповідали у картках «Як довго живуть зірки?». Наближатися ці об'єкти могли також через нестачу енергії, останні секунди чого і побачили LIGO та Virgo. Для нас це перше майже найбільш достовірне свідчення існування таких систем.