Нейтронная звезда и черная дыра: Ученые заметили, как черные дыры столкнулись с нейтронными звездами. Это меняет представления о Вселенной |

Содержание

Ученые заметили, как черные дыры столкнулись с нейтронными звездами. Это меняет представления о Вселенной

29 июня 2021

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Carl Knox/OzGrav

Подпись к фото,

Так художник представил себе нейтронную звезду, падающую в черную дыру

Десять дней астрофизики наблюдали в дальнем космосе два столкновения нейтронных звезд с черными дырами. Они предсказывали возможность такого явления, но не знали, как часто это происходит.

Теперь результаты их наблюдений требуют частично пересмотреть существующие теории образования звезд и галактик. Профессор Вивьен Раймонд из Кардиффского университета называет результаты наблюдений фантастически интересными.

«Теперь мы должны вернуться к классной доске и переписать свои теории», — взволнованно сказал он корреспонденту Би-би-си.

«Это еще один урок, преподанный нам природой. Часто мы что-то предполагаем, но впоследствии убеждаемся, что заблуждались. Надо быть открытыми к новому и слушать, что говорит Вселенная», — говорит он.

Нейтронные звезды — это мертвые выгоревшие звезды, в которых прекратилась термоядерная реакция. Они обладают такой плотностью, что чайная ложка их вещества весит четыре миллиарда тонн.

Черные дыры — еще более плотные объекты. Их гравитация настолько велика, что за пределы черных дыр не распространяется даже свет, за что они и получили свое название.

Те и другие — настоящие космические чудовища, но черные дыры значительно массивнее.

В ходе первого столкновения, зафиксированного 5 января 2020 года, черная дыра в 6,5 раза тяжелее Солнца врезалась в нейтронную звезду с массой в полтора раза больше, чем у нашего светила.

При втором столкновении, наблюдавшемся всего через 10 дней, эти соотношения были 10 и 2.

Когда столь массивные объекты сталкиваются, по материи Вселенной пробегает рябь, называемая гравитационными волнами. Именно ее и можно обнаружить при помощи земных приборов.

Автор фото, GEO600

Подпись к фото,

Большая часть исследовательской работы была проведена на европейском лазерном интерферометре GEO600

Астрофизики заново просмотрели результаты прежних наблюдений и теперь думают, что многие отмеченные ранее гравитационные возмущения возникли в результате именно таких грандиозных катастроф.

Науке известны случаи взаимного поглощения двух черных дыр или двух нейтронных звезд, но столкновения разнородных объектов обнаружены впервые.

Согласно современным теориям и наблюдениям предыдущих лет, нейтронные звезды обычно обнаруживаются вместе с другими нейтронными звездами, и зафиксированы случаи, когда они сталкиваются друг с другом. То же самое должно, по идее, происходить и с черными дырами.

Все это свидетельствовало против того, что два различных объекта могут быть обнаружены вместе. Но два столкновения, описанные в последнем номере Astrophysical Journal Letters, бросили вызов этому представлению.

Отсюда вытекает, что процесс формирования звезд и галактик протекал несколько иначе, чем было принято считать.

Черные дыры не только пожирают звезды, они могут зажигать их заново
В паутину гигантской черной дыры попали целые галактики

Ни традиционные, ни альтернативные теории не объясняют во всей полноте то, что мы наблюдаем в космосе. Однако, как указывает профессор Раймонд, их можно подправлять в соответствии с получаемыми знаниями.

Профессор Шейла Роуэн из университета Глазго заявила Би-би-си, что наблюдения последних шести лет расширяют и уточняют наше видение процессов внутри галактик.

«Все это дает богатую картину звездной эволюции. Последнее исследование помогает лучше понять, что происходит во Вселенной, и почему все происходит именно так», — говорит она.

Столкновения удалось зафиксировать путем измерений гравитационных волн, возникающих, когда массивные небесные тела врезаются друг в друга. Они напоминают волны от брошенного в стоячую воду камня.

Волны, преодолевшие сотни миллионов световых лет, улавливаются детекторами в американских штатах Вашингтон и Луизиана и в центральной Италии. Эти детекторы входят в единую Гравитационно-волновую обсерваторию с усовершенствованным световым интерферометром (Advanced Light Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Гравитационные колебания достигают Земли сильно ослабленными. Длина волны меньше, чем диаметр атома. Детекторы гравитационных волн — одни из самых чувствительных приборов, созданных людьми.

Международная команда включает 1300 ученых из 18 стран, в том числе представителей 11 британских университетов.

Исследователи надеются зафиксировать новые столкновения черных дыр и нейтронных звезд и сопоставить свои данные с полученными при помощи наземных и орбитальных телескопов.

Это, в частности, поможет больше узнать о том, из чего сделаны сверхмассивные нейтронные звезды.

Битва титанов: как черная дыра столкнулась с нейтронной звездой

Ученые впервые достоверно зафиксировали редкий космический катаклизм: столкновение черной дыры с нейтронной звездой. В этом им помог один из самых совершенных научных приборов в истории человечества

Большая международная группа астрономов отчиталась в журнале Astrophysical Journal Letters о первых наблюдениях за столкновением и слиянием черной дыры с нейтронной звездой. Два подобных события были зафиксированы с разницей всего 10 дней. Подробное изучение этих катаклизмов может многое рассказать о самых экзотических объектах во Вселенной.

Черная дыра была застигнута за поглощением нейтронной звезды

Когда пространство волнуется

Нейтронные звезды и черные дыры — вероятно, самые необычные объекты во Вселенной. Первые отличаются чудовищной плотностью: при массе порядка солнечной они имеют диаметр в считанные километры. Кубический сантиметр такого вещества весит сотни миллионов тонн. У вторых плотность вообще теоретически бесконечна, так что у них даже поверхности нет, а есть горизонт событий — граница невозврата, из-за которой не может вырваться даже свет.

Ученым очень далеко до того, чтобы воспроизвести что-нибудь подобное в лаборатории. Зато эти объекты, возникшие на испытательных полигонах самой природы, дают физикам возможность проникнуть в самые глубокие свойства материи. Свой интерес и у астрономов, ведь нейтронные звезды и черные дыры — это остатки светил, взорвавшихся как сверхновые. Изучая их, можно многое узнать о том, как рождаются, живут и умирают звезды.

В 2015 году в исследовании этих сгустков сверхплотной материи была открыта новая глава — впервые были зафиксированы гравитационные волны от столкновения двух черных дыр.

Гравитационная волна — это колебание пространства-времени, которое слегка меняет расстояния между предметами. Если такая волна накроет нас за утренним кофе, стол, за которым мы сидим, будет периодически становиться то ближе, то дальше. И это даже трудно будет назвать движением в обычном смысле: будет меняться сама дистанция между двумя точками в пространстве.

Правда, мы этого не почувствуем. Изменения расстояний незаметны даже в микроскоп, потому что гравитационные волны необычайно слабы. Идея приборов, все же способных их фиксировать, была выдвинута советскими учеными Михаилом Герценштейном и Владиславом Пустовойтом еще в 1960-х, но лишь полвека спустя технологии развились достаточно, чтобы осуществить этот замысел.

Заглянуть во тьму: как устроена черная дыра

Расположенная в США пара детекторов LIGO регистрирует изменение расстояний на величину, которая много меньше диаметра протона. Этот дуэт, обошедшийся в $365 млн, настолько чувствителен, что фиксирует даже квантовые шумы, не говоря уж о таких «огромных» воздействиях, как движение молекул в деталях прибора. Третий и пока последний действующий детектор гравитационных волн — расположенный в Италии VIRGO. Еще один подобный инструмент под названием KAGRA строится в Японии.

Теоретически гравитационные волны порождает любое тело, движущееся с ускорением, так что окружающее пространство буквально переполнено ими. На практике даже такие шедевры инженерной мысли, как LIGO и VIRGO, фиксируют лишь самые мощные гравитационные всплески, порожденные масштабными космическими катастрофами — столкновениями черных дыр или нейтронных звезд.

Давным-давно в далекой галактике

На сегодняшний день обнаружены уже десятки всплесков гравитационных волн. Почти все порождены столкновениями черных дыр друг с другом, в результате которых они сливаются в единую черную дыру. Физики очень ценят эти наблюдения. Благодаря им, например, совсем недавно подтвердилось теоретическое предсказание Стивена Хокинга, что площадь горизонта событий никогда не уменьшается, что бы ни происходило с черной дырой.

Большим открытием стало первое столкновение двух нейтронных звезд, зафиксированное в 2017 году. Подобные «ДТП», в отличие от столкновений черных дыр, порождают не только гравитационные волны, но и вспышку, которую можно наблюдать в телескопы. Астрономы изучили это событие во всех возможных диапазонах, от радиоволн до гамма-лучей, и выяснили много интересного. Правда, специалисты до сих пор спорят, что же получилось при слиянии двух столкнувшихся объектов — нейтронная звезда или черная дыра.

Не хватало лишь гибридного варианта: столкновения нейтронной звезды с черной дырой, при котором участники «ДТП» сливаются и превращаются в новую черную дыру. Правда, однажды наблюдалось слияние черной дыры с телом, о котором трудно было сказать наверняка, является оно нейтронной звездой или черной дырой. Это случилось 14 августа 2019 года. Эксперты были почти уверены, что в черную дыру врезалась именно звезда, СМИ запестрели заголовками, но в итоге выяснилось, что небесное тело было подозрительно массивным, на грани возможного для нейтронной звезды. Так что, вполне возможно, это была все-таки черная дыра, пусть и самая легкая в истории наблюдений.

Теперь же астрономы объявили сразу о двух событиях, которые надежно классифицируются как гибридные. Удивительно, но они были обнаружены друг за другом с разницей всего в 10 дней. Первый всплеск гравитационных волн достиг Земли 5 января 2020 года, а второй — 15 января. По традиции, эти события обозначили GW200105 и GW200115. Здесь GW означает «гравитационные волны» (gravitational waves), а цифры маркируют дату события.

Всплеск GW200105 был вызван тем, что нейтронная звезда массой от 1,7 до 2,2 солнечной столкнулась и слилась с черной дырой массой от 7,4 до 10,1 солнечной. Это произошло в 550–1270 млн световых лет от Земли. Для сравнения: расстояние от Млечного Пути до галактики Андромеды составляет всего 2,5 млн световых лет. Даже при минимальной оценке дистанции получается, что по земному времени катастрофа произошла еще до наступления палеозойской эры. И только теперь гравитационные волны достигли Земли, при том, что они движутся со скоростью света.

Сияние тьмы: астрономы впервые зарегистрировали свет от столкновения черных дыр

Ученые не могут точно сказать, где именно случился древний катаклизм. Во время наблюдения был включен лишь один из пары детекторов LIGO, а для менее чувствительного VIRGO сигнал оказался слишком слабым. Поэтому направление на источник сигнала было определено не слишком точно. Область неба, в которой он мог бы находиться, по площади в 34 тысячи раз больше полной Луны.

А вот всплеск GW200115 «видели» все три действующих детектора, так что «подозрительный» участок неба куда меньше — всего 2900 полных лун. В этом катаклизме нейтронная звезда массой 1,2–2,2 солнечной врезалась в черную дыру массой от 3,6 до 7,5 солнечной. А случился он в 650–1470 млн световых лет от Земли.

У экспертов нет единого мнения, порождает ли столкновение черной дыры с нейтронной звездой видимую вспышку. Несколько телескопов прозондировали области неба, из которых пришли сигналы GW200105 и GW200115, но не нашли ничего примечательного.

Зато благодаря долгожданному открытию специалисты оценили, как часто происходят подобные катаклизмы. Оказалось, что это воистину редкие птицы. В кубе пространства с ребром в один гигапарсек (3,26 млрд световых лет!) случается лишь от 10 до 120 подобных катастроф в год. Правда, это если считать, что измеренные в событиях GW200105 и GW200115 массы типичны для участников столкновений «нейтронная звезда + черная дыра». Допуская более широкий диапазон масс, ученые получили чуть более оптимистичные оценки: от 60 до 240 катаклизмов.

Теперь исследователям предстоит подробно изучить данные, собранные о гравитационных всплесках GW200105 и GW200115. Возможно, они расскажут о свойствах черных дыр или нейтронных звезд что-нибудь новое и интересное.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе

10 фото

Нейтронные звезды и черные дыры – курс на ПостНауке

О курсе

Нейтронные звезды и черные дыры являются финальными стадиями эволюции массивных звезд. Эти компактные объекты не только обладают интереснейшими астрофизическими проявлениями, но и представляют огромный интерес для фундаментальной физики. Недаром за исследования нейтронных звезд было вручено уже две с половиной нобелевских премии (за открытие радиопульсаров, за обнаружение двойного пульсара и проверку ОТО, а также сюда можно отнести как минимум половину премии за развитие рентгеновской астрономии).
В курсе рассматриваются различные источники, связанные с нейтронными звездами и черными дырами, эволюция нейтронных звезд, а также перспективы исследований в этой области.

физика астрономия астрофизика космос звезды черные дыры нейтронные звезды радиопульсары Точные науки

Автор курса

Сергей Попов

Доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ

Содержание

Жизнь звезды

Астрофизик Сергей Попов о расстоянии до звезд, образовании черных дыр и парадоксе Ольберса

Видео

Эволюция нейтронных звезд

Астрофизик Сергей Попов о рождении, излучении и разнообразии нейтронных звезд

Видео

Радиопульсары

Астрофизик Антон Бирюков о физике нейтронных звезд, замедлении вращения и открытии гравитационных волн

Видео

Магнитары

Астрофизик Сергей Попов о гамма-всплесках, сильных магнитных полях и рентгеновских пульсарах

Видео

Недра нейтронных звезд

Астрофизик Сергей Попов об экстремальных состояниях вещества, составе нейтронных звезд и способах изучения недр

Видео

Свойства двойных звезд

Астрофизик Сергей Попов о планетарных туманностях, белых гелиевых карликах и гравитационных волнах

Видео

Релятивистские двойные звезды

Астрофизик Сергей Попов об измерении массы звезды, черных дырах и ультрамощных источниках

Видео

Гравитационные волны

Астрофизик Сергей Попов о черных дырах в ОТО, излучении Хокинга и происхождении гравитационных волн

Видео

Черные дыры

Физик Эмиль Ахмедов об изучении черных дыр, Карле Шварцшильде и гигантских черных дырах

Видео

Скорости компактных объектов

Астрофизик Сергей Попов об убегающих звездах, взрыве сверхновой и скоростях, которые позволяют улететь из Галактики

Видео

Одиночные компактные объекты

Астрофизик Сергей Попов о разрушении двойных систем, обнаружении нейтронных звезд и гравитационном линзировании

Видео

Великое объединение нейтронных звезд

Астрофизик Сергей Попов об открытии магнитаров, физике одиночных объектов и эволюции магнитного поля

Видео

Компактные объекты и фундаментальная физика

Астрофизик Сергей Попов о сверхтекучей жидкости в нейтронных звездах, гипотезе о кварковом веществе и гравитационных волнах

Видео

Следите за прогрессом

Сохраните курс в личном кабинете, чтобы отслеживать прохождение

Сохранить курс

Другие гиды и курсы ПостНауки

Краткая история цивилизации

Что сделало из обезьяны человека

9 материалов

Социальная стратификация

Курс лекций социолога Михаила Соколова об основных теориях социальной стратификации, культурном капитале и классовых символах

11 материалов

Физика элементарных частиц

10 лекций физика Дмитрия Казакова об устройстве мира неживой природы, свойствах «кирпичиков» мироздания и перспективах современной физики

13 материалов

Рождение христианской культуры Западной Европы

11 лекций историка Олега Воскобойникова о христианской культуре, появлении патристики и развитии раннесредневековой архитектуры

17 материалов

астрофизиков обнаружили черную дыру, поглощающую нейтронную звезду, в двух отдельных событиях | Умные новости

Собранные данные показали, что нейтронная звезда в два раза массивнее Солнца была поглощена черной дырой в девять раз больше Солнца.

Дебора Фергюсон (Юта, Остин), Бхавеш Хамесра (Технологический институт Джорджии) и Каран Джани (Университет Вандербильта).

Впервые у астрофизиков есть свидетельство не одной, а двух черных дыр, уничтожающих очень плотные, невероятно массивные нейтронные звезды. Интенсивные гравитационные волны, порожденные этими событиями, впервые обнаруженные в январе 2020 года, достигли Земли примерно через миллиард лет, сообщает Эшли Стрикленд для CNN.

Новое исследование, опубликованное на этой неделе в The Astrophysical Journal Letters , является результатом сотрудничества более тысячи ученых в этой области, и его результаты могут раскрыть происхождение гравитационных волн и некоторые глубинные тайны Вселенной.

И нейтронные звезды, и черные дыры являются результатом насильственной смерти звезд. Когда звезды умирают, в зависимости от их размера, они теряют массу и становятся более плотными, пока не коллапсируют при взрыве сверхновой. Некоторые превращаются в бесконечные черные дыры, которые пожирают все вокруг себя, в то время как другие оставляют после себя нейтронную звезду, которая является плотным остатком звезды, слишком маленькой, чтобы превратиться в черную дыру, сообщает CNN.

Диаметр нейтронных звезд может достигать 20 миль, но они настолько плотны, что крошечная ложечка размером с чайную ложку будет весить столько же, сколько гора Эверест, сообщает Ян Сэмпл из Guardian . Иногда нейтронные звезды рождаются парами в двойных звездных системах, когда один небесный объект вращается вокруг другого. Ранее двойные пары наблюдались только как две нейтронные звезды или две черные дыры, сообщает Элана Спивак для Inverse .

Более века назад Альберт Эйнштейн впервые предсказал существование гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени, возникающую при столкновении самых массивных объектов во Вселенной. Гравитационные волны были впервые обнаружены в сентябре 2015 года американской лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) при столкновении двух черных дыр, сообщает Кеннет Чанг для 9 сентября 2015 года.0005 Нью-Йорк Таймс .

Ученые зафиксировали столкновение нейтронных звезд друг с другом и столкновение черных дыр, но они никогда не собирали доказательств того, что черная дыра поглощает нейтронную звезду. Они подозревали, что это возможно, но у них не было достаточно доказательств, пока детекторы гравитационных волн, называемые интерферометрами, не предоставили убедительных доказательств. Интерферометры — это L-образные трубы длиной две мили, которые стреляют лазерами. Когда гравитационные волны проходят через детекторы, они прерывают путь лазера. Детекторы сверхчувствительны, улавливая прерывания размером с субатомную частицу, сообщает Нелл Гринфилдбойс для NPR.

Первое из столкновений нейтронных звезд и черных дыр, получившее название GW200105, было обнаружено 5 января 2020 года LIGO, сообщает Guardian . Данные, собранные LIGO, показали, что нейтронная звезда, вдвое массивнее Солнца, была поглощена черной дырой в девять раз больше Солнца. Волнам, путешествующим со скоростью света, потребовалось 900 миллионов лет, чтобы достичь Земли, сообщает Guardian . Во втором столкновении, названном GW200115, участвовали нейтронная звезда, на 50 процентов более массивная, чем Солнце, и черная дыра, в шесть раз более массивная, чем Солнце. GW200115 был обнаружен интерферометром LIGO и VIRGO в Италии.

Исследователи подозревают, что сильные столкновения нейтронной звезды с черной дырой происходят не реже одного раза в месяц в радиусе миллиарда световых лет от Земли, сообщает CNN. С обновлением до LIGO и VIRGO, вероятно, будет обнаружено больше таких столкновений. Исследователи надеются стать свидетелями того, как нейтронная звезда будет разорвана на осколки света, когда ее поглотит черная дыра, сообщает NPR. Во время этих недавно обнаруженных столкновений свет не излучался из-за расстояния и того, насколько массивными были черные дыры по сравнению с меньшими нейтронными звездами, сообщает CNN.

«Эти столкновения потрясли Вселенную до основания, и мы обнаружили рябь, которую они послали через космос», — говорится в заявлении соавтора исследования Сьюзен Скотт, физика-теоретика из Австралийского национального университета. «Каждое столкновение — это не просто столкновение двух массивных и плотных объектов. Это действительно похоже на Pac-Man, когда черная дыра целиком поглощает свою компаньонскую нейтронную звезду. Это замечательные события, и мы очень долго ждали, чтобы стать их свидетелями. . Так что это невероятно, наконец, поймать их».

Рекомендуемые видео

Черная дыра или нейтронная звезда?

Исследования

Художественное представление таинственного астрофизического объекта непосредственно перед слиянием с черной дырой в девять раз больше ее размера. Это событие создало гравитационные волны, обнаруженные на Земле, и теперь астрономы ломают голову над тем, открыли ли они самую тяжелую нейтронную звезду или самую легкую черную дыру из когда-либо наблюдаемых. Предоставлено: Карл Нокс, Центр передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav) Технологического университета Суинберна. Все права защищены.

UNIVERSITY PARK, Pa. Когда самые массивные звезды умирают, они коллапсируют под действием собственной гравитации и оставляют после себя черные дыры; когда звезды, которые немного менее массивны, чем эта, умирают, они взрываются и оставляют после себя плотные мертвые остатки звезд, называемые нейтронными звездами. В течение десятилетий астрономы были озадачены разрывом в массах, лежащим между нейтронными звездами и черными дырами: самая тяжелая из известных нейтронных звезд не более чем в 2,5 раза превышает массу нашего Солнца, или в 2,5 массы Солнца, а самая легкая из известных черных дыр составляет около 5 солнечных масс. Оставался вопрос: лежит ли что-нибудь в этом так называемом массовом разрыве?

Теперь, в новом исследовании Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) Национального научного фонда и европейского детектора Virgo, ученые объявили об открытии объекта массой 2,6 массы Солнца, что прочно поместило его в массовый разрыв. Объект был обнаружен 14 августа 2019 года, когда он слился с черной дырой массой 23 солнечных, вызвав всплеск гравитационных волн, обнаруженный на Земле LIGO и Virgo. Статья об обнаружении доступна в The Astrophysical Journal Letters.

«Мы десятилетиями ждали, чтобы разгадать эту тайну», — сказала Вики Калогера, профессор Северо-Западного университета. «Мы не знаем, является ли этот объект самой тяжелой известной нейтронной звездой или самой легкой известной черной дырой, но в любом случае он бьет рекорд».

Это слияние было обнаружено почти в реальном времени поисковым конвейером GstLAL с согласованной фильтрацией с малой задержкой, который разработан и управляется в основном исследовательской группой гравитационных волн в Пенсильванском университете.

«Один из самых захватывающих моментов нашего исследования — это когда наши телефоны звонят, сообщая о новейших предупреждениях о слияниях, которые были обнаружены всего несколько секунд назад», — сказал Сурабхи Сачдев, научный сотрудник Eberly Postdoctoral Research в Penn State и член команды LIGO. «Я собирался заняться скалолазанием в тренажерном зале, когда пришло это особое предупреждение. Я был взволнован, когда увидел массы».

Космическое слияние, описанное в исследовании, событие, получившее название GW190814, привело к образованию последней черной дыры, примерно в 25 раз превышающей массу Солнца (некоторая часть слившейся массы была преобразована во взрыв энергии в форме гравитационных волн). Новообразованная черная дыра находится на расстоянии около 800 миллионов световых лет от Земли.

«Это изменит то, как ученые говорят о нейтронных звездах и черных дырах», — сказал соавтор Патрик Брэди, профессор Висконсинского университета в Милуоки и представитель научного сотрудничества LIGO. «Массовый разрыв может на самом деле вообще не существовать, но, возможно, он был связан с ограничениями в возможностях наблюдения. Время и дополнительные наблюдения покажут».

До слияния двух объектов их массы различались в 9 раз, что делает это соотношение масс самым экстремальным из известных для гравитационно-волнового события. Еще одно недавно зарегистрированное событие LIGO-Virgo, названное GW190412, произошло между двумя черными дырами с соотношением масс 3:1. Как и в случае с GW190412, неравные массы системы позволили ученым измерить более высокие гармоники или более высокие мультиполи гравитационного излучения в основном сигнале. Это прекрасное подтверждение общей теории относительности, которая предсказывает многополярную структуру гравитационного излучения.

«Для современных теоретических моделей сложно сформировать сливающиеся пары компактных объектов с таким большим отношением масс, в которых партнер с малой массой находится в зазоре между массами», — сказал Калогера. «Это открытие подразумевает, что эти события происходят гораздо чаще, чем мы предсказывали, что делает этот объект действительно интригующим с малой массой. Загадочный объект может быть нейтронной звездой, сливающейся с черной дырой, захватывающая возможность, ожидаемая теоретически, но еще не подтвержденная наблюдениями. Однако, в 2,6 раза больше массы нашего Солнца, она превышает современные прогнозы максимальной массы нейтронных звезд и вместо этого может быть самой легкой черной дырой из когда-либо обнаруженных».0003

GW190814 первоначально был обнаружен как громкое событие с двумя детекторами в данных LIGO Livingston и LIGO Virgo. LIGO Hanford не был настроен на режим наблюдения из-за рутинной процедуры детектора, хотя он работал стабильно. Вскоре после обнаружения исследователи повторно проанализировали событие, включая данные детектора LIGO Hanford. Наличие данных от трех детекторов значительно улучшает локализацию неба, что, в свою очередь, помогает отслеживать электромагнитные поля. При этом новая локализация была примерно в 20 раз меньше исходной локализации.

«Повторный анализ должен был быть проведен как можно быстрее после того, как нам сказали, что данные LIGO Hanford в порядке, чтобы мы могли отправить астрономам обновленные локализации неба, не желая упускать драгоценное время наблюдений», — сказал Сачдев.

Десятки наземных и космических телескопов провели поиски возможного оптического или инфракрасного излучения, возникшего в результате этого события, но ни один из них не зафиксировал такое излучение. До сих пор такие оптические и инфракрасные аналоги сигналов гравитационных волн наблюдались только один раз, в событии под названием GW170817. Это событие, обнаруженное сетью LIGO-Virgo в августе 2017 года, включало в себя огненное столкновение двух нейтронных звезд, за которым впоследствии наблюдали десятки телескопов на Земле и в космосе. Столкновения нейтронных звезд — это грязное дело, когда материя разбрасывается во всех направлениях, и поэтому ожидается, что они будут сиять светом. И наоборот, считается, что слияния черных дыр в большинстве случаев не производят свет.

По словам ученых LIGO и Virgo, событие августа 2019 года не было замечено в свете по нескольким возможным причинам. Во-первых, это событие произошло в шесть раз дальше, чем слияние, наблюдавшееся в 2017 году, из-за чего было сложнее уловить какие-либо световые сигналы. Во-вторых, если бы в столкновении участвовали две черные дыры, оно, вероятно, не излучало бы никакого света. В-третьих, если объект на самом деле был нейтронной звездой, его в 9 раз более массивная черная дыра могла бы проглотить его целиком; нейтронная звезда, полностью поглощенная черной дырой, не излучала бы никакого света.

«Я был потрясен, когда открыл GraceDB (базу данных событий-кандидатов гравитационных волн), чтобы посмотреть предполагаемые массы», — сказал Райан Маги, аспирант Пенсильванского университета и член группы LIGO. «Одним из моих основных интересов является формирование компактных объектов с массами, недоступными для обычных процессов, поэтому я был взволнован, увидев такого кандидата. Это окажет глубокое влияние на наше понимание компактных объектов».

Как исследователи узнают, был ли таинственный объект нейтронной звездой или черной дырой? Будущие наблюдения с помощью LIGO-Virgo и, возможно, других телескопов могут зафиксировать подобные события, которые помогут выяснить, существуют ли дополнительные объекты в области масс.

«Сотрудничество опубликовало каталоги всех событий, которые мы обнаружили с высокой достоверностью», — сказала Бекка Юинг, научный сотрудник Милдред Дрессельхаус, аспирант Университета Пенсильвании и член сотрудничества LIGO-Virgo. «С каждым запуском наблюдений чувствительность детектора увеличивается, и эти каталоги будут включать все больше и больше событий. Со временем мы сможем использовать их для получения статистических данных о населении и лучшей классификации событий, попадающих в массовый разрыв. Изучая популяции, а не отдельные события, мы можем уточнить наши ожидания относительно будущих обнаружений и получить более глубокое понимание уникальных событий, которые мы уже наблюдали».

«Массовый разрыв был интересной загадкой на протяжении десятилетий, и теперь мы обнаружили объект, который помещается только внутри него», — сказал Педро Марронетти, директор программы гравитационной физики в Национальном научном фонде. «Это невозможно объяснить, не бросив вызов нашему пониманию чрезвычайно плотной материи или тому, что мы знаем об эволюции звезд. Это наблюдение — еще один пример преобразующего потенциала области гравитационно-волновой астрономии, которая с каждым разом приносит новые открытия. новое обнаружение».

Исследования LIGO в штате Пенсильвания поддерживаются Национальным научным фондом и проводятся в рамках Института гравитации и космоса и Института вычислительной техники и данных. Преподаватели, студенты и постдоки группы LIGO штата Пенсильвания являются членами факультетов физики, астрономии и астрофизики Научного колледжа Эберли.

Краткий научный обзор открытия доступен на веб-сайте LIGO.

Дополнительная информация о гравитационно-волновых обсерваториях

LIGO финансируется Национальным научным фондом и управляется Калифорнийским технологическим институтом и Массачусетским технологическим институтом, которые задумали LIGO и возглавили проект. Финансовую поддержку проекта Advanced LIGO возглавил NSF с Германией (Общество Макса Планка), Великобританией (Совет по научно-техническим средствам) и Австралией (Австралийский исследовательский совет-OzGrav), которые взяли на себя значительные обязательства и внесли значительный вклад в проект. Около 1300 ученых со всего мира участвуют в работе в рамках научного сотрудничества LIGO, в которое входит сотрудничество GEO. Доступен список дополнительных партнеров.

Коллаборация Virgo в настоящее время состоит примерно из 520 членов из 99 институтов в 11 разных странах, включая Бельгию, Францию, Германию, Венгрию, Италию, Нидерланды, Польшу и Испанию. Европейская гравитационная обсерватория размещает детектор Virgo недалеко от Пизы в Италии и финансируется Национальным центром научных исследований во Франции, Национальным институтом ядерной физики в Италии и Nikhef в Нидерландах. Доступен список групп сотрудничества Девы. Более подробная информация доступна на веб-сайте Девы.

Последнее обновление 23 июня 2020 г.

Редкая черная дыра и коллизии Neutron Star, которые дважды замещались за 10 дней

Опубликовано
29 июня 2021

Изображение изображение, Карл Нокс/Озгрв

Изображение

Изображение, Карл Нокс/Озгрв

. Художественное представление падения нейтронной звезды в черную дыру

Паллаб Гош

Научный корреспондент

Ученые зафиксировали два столкновения нейтронной звезды с черной дырой за 10 дней.

Исследователи предсказывали, что такие столкновения будут происходить, но не знали, как часто.

Наблюдения могут означать, что некоторые представления о том, как формируются звезды и галактики, могут потребовать пересмотра.

Профессор Кардиффского университета Вивьен Рэймонд сообщила BBC News, что неожиданные результаты были «фантастическими».

«Мы должны вернуться к чертежной доске и переписать наши теории», сказал он восторженно.

«Мы снова усвоили небольшой урок. Когда мы что-то предполагаем, мы, как правило, оказываемся неправы через какое-то время. Так что мы должны держать свой разум открытым и смотреть, что говорит нам Вселенная.»

Воспроизведение этого видео невозможно

Для воспроизведения этого видео необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Заголовок в СМИ,

Пять причин, почему гравитационные волны имеют значение

Черные дыры — это астрономические объекты, обладающие такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть их. Нейтронные звезды — это мертвые звезды, невероятно плотные. Чайная ложка вещества нейтронной звезды оценивается примерно в четыре миллиарда тонн.

Оба объекта являются космологическими монстрами, но черные дыры значительно массивнее нейтронных звезд.

При первом столкновении, которое было зафиксировано 5 января 2020 года, черная дыра массой в шесть с половиной масс нашего Солнца врезалась в нейтронную звезду, которая была в 1,5 раза массивнее нашей родительской звезды. Во втором столкновении, зафиксированном всего 10 дней спустя, черная дыра массой в 10 солнечных масс слилась с нейтронной звездой массой в две солнечные.

Когда объекты такой массивности сталкиваются, они создают рябь в ткани пространства, называемую гравитационными волнами. И именно эти колебания исследователи обнаружили.

Исследователи свежим взглядом взглянули на более ранние наблюдения, и многие из них, вероятно, были похожими несоответствующими столкновениями.

Источник изображения, GEO600

Подпись к изображению,

Большая часть научно-исследовательских работ, необходимых для прорыва, была выполнена на европейском лазерном интерферометре GEO600. обнаружили нейтронную звезду, врезавшуюся в черную дыру.

Итак, помимо завершения набора, какое значение имеет это последнее столкновение?

Это потому, что, согласно современным теориям и прошлым наблюдениям, нейтронные звезды имеют тенденцию находить и сталкиваться с другими нейтронными звездами. То же самое должно быть и с черными дырами.

На самом деле существуют факторы, уменьшающие вероятность того, что два разных объекта будут найдены вместе.

Воспроизведение этого видео невозможно

Для воспроизведения этого видео необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Заголовок в СМИ,

Научный корреспондент объясняет гравитационные волны и значение их открытия для науки

Но два столкновения нейтронных звезд с черными дырами, опубликованные в Astrophysical Journal Letters, могут поставить под сомнение эту общепринятую мудрость.

Вместо этого он может склоняться к другому набору теорий, которые предполагают, что черные дыры и нейтронные звезды действительно находятся рядом друг с другом. Эти альтернативные теории подразумевают, что звезды и галактики образовались иначе, чем картина, нарисованная стандартными представлениями о том, как образовался космос.

Например, за миллиарды лет звезды произвели множество строительных блоков, из которых формируются более крупные космические структуры, такие как планеты и галактики. Производство внутри звезд так называемых тяжелых элементов, таких как железо, углерод и кислород, связано с долей черных дыр и пар нейтронных звезд во Вселенной.

Сила, с которой звезды выталкивают материал внутри себя при взрыве, также связана с этим соотношением пар черных дыр и нейтронных звезд. В заключение, новое открытие предполагает, что звезды производят меньше тяжелых элементов и выталкивают их с меньшей силой, чем считалось ранее, что, в свою очередь, имеет значение для реальных наблюдений за Вселенной.

Ни одна из существующих теорий не может точно объяснить, что астрономы видят в ночном небе. Но, по словам доктора Рэймонда, многие идеи можно «подправить», чтобы они лучше соответствовали тому, что мы знаем сейчас.

Профессор Шейла Роуэн из Университета Глазго сообщила BBC News, что наблюдения за типом и частотой столкновений черных дыр и нейтронных звезд за последние шесть лет создают еще более подробную картину динамики внутри галактик.

«Все это дает нам богатую картину звездной эволюции. Это последнее наблюдение является еще одним первым для нас в нашем понимании того, что находится во Вселенной и как она стала такой, какая она есть», — сказала она.

Столкновения были обнаружены с помощью измерения волн, вызванных внезапными изменениями гравитационных сил, возникающих при столкновении двух массивных небесных тел. Это рябь в ткани самого пространства, как камень, брошенный в тихий пруд.

Эти так называемые гравитационные волны перемещаются в космосе на сотни миллионов световых лет и были обнаружены детекторами в штатах Вашингтон и Луизиана в США, а также детектором Virgo в центральной Италии. Вместе они образуют коллаборацию Advanced Light Interferometer Gravitational-Wave Observatory (ALIGO).

Воспроизведение этого видео невозможно

Для воспроизведения этого видео необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Медиа-заголовок,

Паллаб Гош объясняет звук гравитационной волны и компьютерную визуализацию

К тому времени, когда они достигают нас, рябь становится крошечной — меньше ширины атома.