Содержание
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
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Ученые нашли в данных LIGO и Virgo 10 новых сигналов гравитационных волн — Газета.Ru
Ученые нашли в данных LIGO и Virgo 10 новых сигналов гравитационных волн — Газета.Ru | Новости
close
100%
После повторного анализа данных, накопленных по гравитационным волнам коллаборациями LIGO и Virgo, международная группа астрофизиков сумела обнаружить еще десяток ранее не выявленных слияний черных дыр, которые находились за пределами порога обнаружения исходного анализа. Эти слияния могут свидетельствовать о принципиально новых экзотические астрофизических сценариях, которые на данный момент можно изучить лишь с помощью гравитационно-волновой астрономии. Доклад об этом запланирован на апрельской конференции Американского физического общества, сообщает сайт Phys.org.
За последние семь лет удалось обнаружить 90 событий, вызвавших гравитационные волны — возмущения в ткани пространства-времени, исходящие от явлений катастрофического масштаба вроде слияний двойных черных дыр и нейтронных звезд.
«Благодаря гравитационным волнам мы начинаем видеть большое разнообразие черных дыр, которые сливались последние несколько миллиардов лет, — говорит физик Сет Олсен из Принстонского университета, который руководил новыми исследованиями. По его словам, каждое такое наблюдение пополняет копилку знаний о том, как формируются и эволюционируют черные дыры, но ключом к распознаванию этих сигналов служит поиск новых эффективных способов отделения интересующих физиков событий от шума.
Чтобы найти десяток дополнительных событий, Ольсен и его коллеги анализировали данные с помощью так называемого конвейера IAS — этот метод был разработан в Институте перспективных исследований астрофизиком Матиасом Залдарриагой. Ранее Залдарриага и его группа уже использовали конвейер IAS для анализа начальных данных установок LIGO и Virgo, и в них аналогичным образом также удавалось идентифицировать дополнительные слияния черных дыр, которые были пропущены при первичном анализе. Метод включает в себя расширенный анализ данных и численные методы для улучшенной обработки сигналов с повышенной вычислительной эффективностью по сравнению с первоначальными конвейерами LIGO и Virgo.
К тому же в нем используются статистические методики, которые жертвуют некоторой чувствительностью к источникам, видимым при первоначальной обработке данных. Зато они при этом оказываются особо чувствительными к новым источникам, которые прежний подход с большей вероятностью пропускал, — это, например, быстро вращающиеся черные дыры.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Марина Ярдаева
Хотеть не вредно
О тех, кому достаточно три аршина земли
Юлия Меламед
Журналист глобус пропил
Об экопарк-отелях и русских памятниках в России и Европе
Георгий Бовт
Не догонишь – не похоронишь
О том, как мы хотели перегнать Америку, но потом передумали
Алексей Мухин
Хромая утка по-пекински
О возможном конфликте США и Китая
Мария Дегтерева
Там чудеса, там леший бродит
О бюрократии и чиновничестве в России
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
«Взрыв» в детекторах LIGO и Virgo сигнализирует о самом массивном источнике гравитационных волн | Новости Массачусетского технологического института
Несмотря на всю свою огромную пустоту, Вселенная гудит от активности в форме гравитационных волн. Созданные экстремальными астрофизическими явлениями, эти реверберации распространяются и сотрясают ткань пространства-времени, подобно звону космического колокола.
Теперь исследователи обнаружили сигнал от того, что может быть самым массивным слиянием черных дыр, которое когда-либо наблюдалось в гравитационных волнах.
Результатом слияния является первое четкое обнаружение черной дыры «промежуточной массы» с массой от 100 до 1000 масс Солнца.
Они обнаружили сигнал, который они обозначили как GW190521, 21 мая 2019 года с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) Национального научного фонда, пары идентичных четырехкилометровых интерферометров в Соединенных Штатах; и Virgo, 3-километровый детектор в Италии.
Сигнал, напоминающий четыре коротких покачивания, очень короткий по продолжительности, менее одной десятой секунды. Из того, что могут сказать исследователи, GW190521 был сгенерирован источником, который находился примерно в 5 гигапарсеках от нас, когда Вселенная была примерно вдвое старше, что делает его одним из самых далеких источников гравитационных волн, обнаруженных до сих пор.
Что касается источника этого сигнала, основанного на мощном наборе современных вычислительных и моделирующих инструментов, ученые считают, что GW190521, скорее всего, был сгенерирован слиянием двойных черных дыр с необычными свойствами.
Почти все подтвержденные на сегодняшний день сигналы гравитационных волн исходят от двойного слияния либо двух черных дыр, либо двух нейтронных звезд. Это новейшее слияние, по-видимому, является самым масштабным из всех, когда речь идет о двух вдохновляющих черных дырах с массами примерно в 85 и 66 раз больше массы Солнца.
Команда LIGO-Virgo также измерила вращение каждой черной дыры и обнаружила, что по мере того, как черные дыры вращались все ближе друг к другу, они могли вращаться вокруг своих собственных осей под углами, которые не совпадают с осью их орбиты. . Смещенные вращения черных дыр, вероятно, вызвали колебание их орбит или «прецессию», когда два Голиафа двигались по спирали навстречу друг другу.
Новый сигнал, вероятно, отражает момент слияния двух черных дыр. В результате слияния образовалась еще более массивная черная дыра, около 142 солнечных масс, и высвободилось огромное количество энергии, эквивалентное примерно 8 солнечным массам, которая распространилась по Вселенной в виде гравитационных волн.
«Это не очень похоже на щебетание, которое мы обычно обнаруживаем», — говорит член Virgo Нельсон Кристенсен, исследователь из Французского национального центра научных исследований (CNRS), сравнивая сигнал с первым обнаружением гравитационного поля LIGO. волны в 2015 году. «Это больше похоже на что-то, что «взрывается», и это самый мощный сигнал, который видели LIGO и Virgo».
Международная группа ученых, входящих в научное сотрудничество LIGO (LSC) и сотрудничество Virgo, сообщила о своих выводах в двух статьях, опубликованных сегодня. Один, появляющийся в Physical Review Letters подробно описывает открытие, а в другом, The Astrophysical Journal Letters, обсуждаются физические свойства сигнала и астрофизические последствия.
«LIGO снова удивляет нас не только обнаружением черных дыр труднообъяснимых размеров, но и использованием методов, не предназначенных специально для слияний звезд», — говорит Педро Марронетти, директор программы по гравитационной физике в Институте Национальный научный фонд.
«Это имеет огромное значение, поскольку демонстрирует способность прибора обнаруживать сигналы совершенно непредвиденных астрофизических событий. LIGO показывает, что он также может наблюдать неожиданное».
В разрыве масс
Уникально большие массы двух вдохновляющих черных дыр, а также последней черной дыры вызывают множество вопросов относительно их образования.
Все наблюдаемые на сегодняшний день черные дыры относятся к одной из двух категорий: черные дыры звездной массы, масса которых составляет от нескольких масс Солнца до десятков масс Солнца и, как считается, образуются, когда умирают массивные звезды; или сверхмассивные черные дыры, такие как та, что находится в центре галактики Млечный Путь, размером от сотен тысяч до миллиардов раз больше нашего Солнца.
Тем не менее, последняя черная дыра массой 142 солнечных массы, образовавшаяся в результате слияния GW190521 , находится в промежуточном диапазоне масс между звездными и сверхмассивными черными дырами — это первая обнаруженная в своем роде черная дыра.
Две черные дыры-прародители, которые произвели последнюю черную дыру, также кажутся уникальными по своим размерам. Они настолько массивны, что ученые подозревают, что одна или обе из них, возможно, не образовались в результате коллапса звезды, как это происходит с большинством черных дыр звездной массы.
Согласно физике звездной эволюции внешнее давление фотонов и газа в ядре звезды поддерживает ее против силы гравитации, толкающей внутрь, так что звезда стабильна, как солнце. После того, как в ядре массивной звезды сливаются ядра, такие же тяжелые, как железо, оно больше не может создавать достаточное давление, чтобы поддерживать внешние слои. Когда это внешнее давление меньше, чем гравитация, звезда коллапсирует под собственным весом в результате взрыва, называемого сверхновой с коллапсом ядра, который может оставить после себя черную дыру.
Этот процесс может объяснить, как звезды с массой в 130 солнечных могут образовывать черные дыры с массой до 65 солнечных.
Но считается, что для более тяжелых звезд возникает явление, известное как «нестабильность пары». Когда фотоны ядра становятся чрезвычайно энергичными, они могут превратиться в пару электронов и антиэлектронов. Эти пары генерируют меньшее давление, чем фотоны, в результате чего звезда становится неустойчивой к гравитационному коллапсу, а возникающий в результате взрыв достаточно силен, чтобы ничего не оставить после себя. Даже более массивные звезды с массой более 200 солнечных в конечном итоге схлопываются прямо в черную дыру массой не менее 120 солнечных. Таким образом, коллапсирующая звезда не должна быть способна создать черную дыру с массой примерно от 65 до 120 масс Солнца — диапазон, известный как «массовый разрыв парной нестабильности».
Но теперь, более тяжелая из двух черных дыр, вызвавших сигнал GW190521, с массой 85 солнечных масс, является первой обнаруженной до сих пор в пределах массовой щели парной нестабильности.
«Тот факт, что мы видим черную дыру в этом массовом разрыве, заставит многих астрофизиков почесать затылки и попытаться выяснить, как образовались эти черные дыры», — говорит Кристенсен, директор Лаборатории Артемиды.
в обсерватории Ниццы во Франции.
Одна из возможностей, которую исследователи рассматривают в своей второй статье, заключается в иерархическом слиянии, при котором две черные дыры-прародители сами могли образоваться в результате слияния двух меньших черных дыр, прежде чем мигрировать вместе и в конечном итоге слиться.
«Это событие ставит больше вопросов, чем дает ответов», — говорит член LIGO Алан Вайнштейн, профессор физики Калифорнийского технологического института. «С точки зрения открытий и физики это очень захватывающая вещь».
«Что-то неожиданное»
Осталось много вопросов по GW190521.
Когда детекторы LIGO и Virgo прослушивают гравитационные волны, проходящие через Землю, автоматический поиск просматривает поступающие данные в поисках интересных сигналов. Эти поиски могут использовать два разных метода: алгоритмы, которые выбирают определенные волновые модели в данных, которые могли быть созданы компактными бинарными системами; и более общий «взрывной» поиск, который, по сути, ищет что-то необычное.
Участник LIGO Сальваторе Витале, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института, сравнивает компактный бинарный поиск с «прохождением гребенки по данным, которая выявляет объекты в определенном интервале», в отличие от пакетного поиска, который больше похож на «всеобъемлющий поиск». » подход.
В случае с GW190521 это был пакетный поиск, который уловил сигнал чуть более четко, открывая очень маленькую вероятность того, что гравитационные волны возникли в результате чего-то другого, а не бинарного слияния.
«Планка для утверждения, что мы открыли что-то новое, очень высока, — говорит Вайнштейн. «Поэтому мы обычно применяем бритву Оккама: чем проще решение, тем лучше, и в данном случае это бинарная черная дыра».
Но что, если эти гравитационные волны были созданы чем-то совершенно новым? Это заманчивая перспектива, и в своей статье ученые кратко рассматривают другие источники во Вселенной, которые могли генерировать обнаруженный ими сигнал.
Например, возможно, гравитационные волны были испущены коллапсирующей звездой в нашей галактике. Сигнал также может исходить от космической струны, возникшей сразу после того, как Вселенная раздулась в самые ранние моменты ее существования, хотя ни одна из этих экзотических возможностей не соответствует данным, а также бинарному слиянию.
«С тех пор, как мы впервые включили LIGO, все, что мы с уверенностью наблюдали, было столкновением черных дыр или нейтронных звезд, — говорит Вайнштейн. «Это единственное событие, в котором наш анализ допускает возможность того, что это событие не является таким столкновением. Хотя это событие согласуется с тем, что оно произошло в результате исключительно массивного слияния бинарных черных дыр, а альтернативные объяснения не одобряются, оно раздвигает границы нашей уверенности. И это потенциально делает его чрезвычайно захватывающим. Потому что мы все надеялись на что-то новое, что-то неожиданное, что могло бы бросить вызов тому, что мы уже узнали.
У этого события есть потенциал для этого».
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом США.
Поделитесь этой новостной статьей:
Упоминания в прессе
CBS Boston
Boston 25 показывает, как ученые из LIGO и Virgo обнаружили, возможно, самое массивное столкновение черных дыр. «В результате столкновения черных дыр образовалась первая наблюдаемая промежуточная черная дыра, масса которой в 142 раза больше солнечной», — сообщает Boston 25.
Полная история через CBS Boston →
The Verge
Ученые из LIGO и Virgo обнаружили крупнейшее на сегодняшний день столкновение двух черных дыр, в результате которого образовалась черная дыра «промежуточной массы», сообщает Лорен Груш для The Verge . Черные дыры промежуточной массы «на самом деле являются недостающим звеном между [черными дырами] массой в десятки и миллионы солнечных», — говорит профессор Сальваторе Витале. «Всегда немного сбивало с толку, что люди не могли найти что-то среднее».
Полная история через The Verge →
Related Links
- Video: The sound of gravity
- LIGO Scientific Collaboration
- MIT LIGO
- MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research
- Department of Physics
- School of Science
LIGO resumes work in 2023 с модернизацией гравитационной волны
Взгляд художника на слияние черной дыры и нейтронной звезды, обнаруженное LIGO/Virgo/KAGRA в 2020 году.
(Изображение предоставлено: Карл Нокс, OzGrav — Суинбернский университет)
После двух лет модернизации лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) почти готова к следующему рабочему запуску, который должен начаться в марте 2023 года.
Во время этого четвертого рабочего запуска (O4) включает в себя два детектора, один в Вашингтоне и один в Луизиане, к ним присоединятся две другие обсерватории гравитационных волн: интерферометр Virgo в Италии и детектор гравитационных волн Камиока (KAGRA) в Японии.
Гравитационные волны — это рябь в пространстве-времени, вызванная чрезвычайно сильными космическими событиями, такими как слияния нейтронных звезд , черных дыр или их комбинации. Это явление было впервые предсказано Эйнштейном в общей теории относительности .
Связанный: Как работают гравитационные волны?
Хотя события, запускающие эту рябь в пространстве-времени, чрезвычайно сильны, гравитационные волны очень слабые — настолько слабые, что Эйнштейн предсказывал, что мы никогда не обнаружим их напрямую. Тем не менее, мы заметили их с первое прямое обнаружение гравитационных волн произошло в сентябре 2015 года. Теперь новые усовершенствования LIGO повышают его чувствительность, позволяя ему обнаруживать более слабые сигналы, чем когда-либо прежде, и, как следствие, больше событий, чем было возможно ранее.
Для этого предстоящего рабочего цикла ученые LIGO стремятся к тому, чтобы инструмент был достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать гравитационные волны от слияний двойных нейтронных звезд на расстоянии от 522 миллионов до 620 миллионов световых лет от Земля .
Более масштабные и жестокие события, такие как столкновения и слияния черных дыр, должны быть видны LIGO с еще больших расстояний. (Первое прямое обнаружение гравитационных волн наблюдалось при слиянии двух массивных черных дыр на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Земли.)
С тех пор исследователи обнаружили множество гравитационных волн. Virgo и LIGO обнаружили рябь , вызванную слиянием двойных нейтронных звезд в 2017 году, что помогло точно определить это катастрофическое космическое событие. KAGRA присоединилась к сети LIGO-Virgo в 2020 г., а в январе 2020 г. три обсерватории заметил гравитационные волны от слияния черной дыры и нейтронной звезды . Это наблюдение было первым случаем обнаружения такого рода смешанного слияния и служит дразнящим обещанием того, что произойдет в результате сотрудничества.
Иллюстрация слияния нейтронных звезд и запуска гравитационных волн, которые могут быть обнаружены LIGO здесь, на Земле. (Изображение предоставлено НАСА/Годдард)
LIGO завершил третий запуск в марте 2020 года, остановившись для модернизации.
Операторы трех объектов тесно координируют свои действия, чтобы они вместе начали O4 после COVID-19.удары, которые задержали запуск четвертого запуска с декабря 2021 года.
За месяц до начала O4 детекторы проведут инженерный запуск, чтобы протестировать обновления в режиме реального времени, а также проверить системы, которые позволяют LIGO, Virgo и KAGRA работать в унисон. . Однако даже во время такого инженерного эксперимента детекторы гравитационных волн могут предоставить интересные научные данные. Фактически, первое историческое обнаружение LIGO гравитационных волн произошло именно в такой тестовый период.
Похожие истории:
Планируется, что O4 продлится целый год с месячным перерывом на техническое обслуживание примерно в середине этого периода. Однако KAGRA не будет работать вместе с LIGO и Virgo в течение полных 12 месяцев, поскольку ожидается, что японский детектор отключится для повышения собственной чувствительности ближе к концу O4.
«Все в LIGO, Virgo и KAGRA стремятся снова начать обнаруживать гравитационные волны и делиться нашими открытиями с миром», — заявили операторы LIGO из Калифорнийского технологического института в выписка .