Слияние и слияние черной дыры с меньшей разницей масс (темно-серая поверхность) с нейтронной звездой цвета от темно-синего (60 граммов на кубический сантиметр) до белого (600 килограммов на кубический сантиметр) и подчеркивает сильные деформации материал низкой плотности нейтронной звезды. Фото: И. Маркин (Потсдамский университет), Т. Дитрих (Потсдамский университет и Институт гравитационной физики Макса Планка), Х. Пфайффер, А. Буонанно (Институт гравитационной физики Макса Планка).
Исследователи из Института космологии и гравитации (ICG) Портсмутского университета помогли обнаружить замечательный сигнал гравитационных волн, который может содержать ключ к разгадке космической тайны.
Это открытие основано на последнем наборе результатов, объявленных коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA, в которую входят более 1600 ученых со всего мира, включая членов ICG, которая стремится обнаружить гравитационные волны и использовать их для изучения основ физики. наука.
В мае 2023 года, вскоре после начала четвертого наблюдательного запуска LIGO-Virgo-KAGRA, детектор LIGO Ливингстон в Луизиане, США, наблюдал гравитационно-волновой сигнал от столкновения того, что, скорее всего, является нейтронной звездой, с компактным объектом, который в 2,5–4,5 раза больше массы нашего Солнца.
Нейтронные звезды и черные дыры — это компактные объекты, плотные остатки массивных звездных взрывов. Что делает этот сигнал, названный GW230529, интригующим, так это масса более тяжелого объекта. Она находится в пределах возможного разрыва в массах между самыми тяжелыми известными нейтронными звездами и самыми легкими черными дырами. Сам по себе гравитационно-волновой сигнал не может раскрыть природу этого объекта. Будущие обнаружения подобных событий, особенно сопровождающихся вспышками электромагнитного излучения, могли бы помочь решить эту проблему.
«Это открытие, первый из наших захватывающих результатов четвертого наблюдательного цикла LIGO-Virgo-KAGRA, показывает, что может быть более высокая частота подобных столкновений между нейтронными звездами и черными дырами малой массы, чем мы думали ранее», — говорит доктор Джесс. МакИвер, доцент Университета Британской Колумбии и заместитель представителя научного сотрудничества LIGO.
Поскольку это событие было замечено только одним детектором гравитационных волн, оценить его реальность или нет становится сложнее.
Доктор Гарет Кэборн Дэвис, инженер-исследователь программного обеспечения в ICG, разработал инструменты, используемые для поиска событий в одном детекторе. Он сказал: «Подтверждение событий путем наблюдения за ними с помощью нескольких детекторов — один из наших самых мощных инструментов в отделении сигналов от шума. Используя соответствующие модели фонового шума, мы можем судить о событии, даже если у нас нет другого детектора, который мог бы подтвердить это». то, что мы видели».
Слияние черной дыры с меньшей разницей масс (темно-серая поверхность) с нейтронной звездой цвета от темно-оранжевого (1 миллион метрических тонн на кубический сантиметр) до белого (600 миллионов метрических тонн на кубический сантиметр). Сигнал гравитационной волны представлен набором значений амплитуд деформации плюсовой поляризации с использованием цветов от темно-синего до голубого. Фото: И. Маркин (Потсдамский университет), Т. Дитрих (Потсдамский университет и Институт гравитационной физики Макса Планка), Х. Пфайффер, А. Буонанно (Институт гравитационной физики Макса Планка).
До обнаружения гравитационных волн в 2015 году массы черных дыр звездной массы в основном определялись с помощью рентгеновских наблюдений, а массы нейтронных звезд — с помощью радионаблюдений. Полученные измерения попали в два отдельных диапазона с разрывом между ними примерно в два-пять раз больше массы нашего Солнца. За прошедшие годы небольшое количество измерений посягнуло на разницу масс, которая до сих пор широко обсуждается среди астрофизиков.
Анализ сигнала GW230529 показывает, что он возник в результате слияния двух компактных объектов: один с массой от 1,2 до 2,0 раз больше массы нашего Солнца, а другой чуть более чем в два раза массивнее.
Хотя сигнал гравитационных волн не дает достаточно информации, чтобы с уверенностью определить, являются ли эти компактные объекты нейтронными звездами или черными дырами, вполне вероятно, что более легкий объект является нейтронной звездой, а более тяжелый объект — черной дырой. Ученые Коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA уверены, что более тяжелый объект находится в пределах разницы масс.
Наблюдения гравитационных волн в настоящее время позволили провести почти 200 измерений масс компактных объектов. Из них только одно слияние могло быть связано с компактным объектом с разницей в массах — сигнал GW190814 произошел в результате слияния черной дыры с компактным объектом, превышающим массу самых тяжелых известных нейтронных звезд и, возможно, находящимся в пределах разницы в массах.
«Хотя предыдущие доказательства существования объектов с разницей масс поступали как в гравитационных, так и в электромагнитных волнах, эта система особенно интересна, потому что это первое гравитационно-волновое обнаружение объекта с разницей масс в паре с нейтронной звездой», — говорит доктор Сильвия Бисковану. из Северо-Западного университета. «Наблюдение этой системы имеет важные последствия как для теорий бинарной эволюции, так и для электромагнитных аналогов слияний компактных объектов».
Четвертый сеанс наблюдений планируется продлить на 20 месяцев, включая пару месяцев перерыва для проведения технического обслуживания детекторов и внесения ряда необходимых доработок. К 16 января 2024 года, когда начался текущий перерыв, в общей сложности был идентифицирован 81 значимый кандидат на сигналы. GW230529 — первый из них, опубликованный после детального исследования.
Четвертый цикл наблюдений возобновится 10 апреля 2024 года, когда детекторы LIGO Hanford, LIGO Livingston и Virgo будут работать вместе. Запуск продлится до февраля 2025 года без каких-либо дальнейших перерывов в наблюдениях.
Пока наблюдения продолжаются, исследователи LIGO-Virgo-KAGRA анализируют данные первой половины цикла и проверяют оставшиеся 80 значимых кандидатов на сигналы, которые уже были идентифицированы. К концу четвертого цикла наблюдений в феврале 2025 года общее количество наблюдаемых гравитационно-волновых сигналов должно превысить 200.
Рабочий документ с описанием результатов был опубликован вместе с резюме.
Информация от: Портсмутским университетом
