Уперше науковці мають незаперечні докази зіткнення між чорною дірою та нейтронною зорею, отримані за допомогою гравітаційних хвиль. Дві події, які описані в одній статті, опублікованій 29 червня в журналі «Astrophysical Journal Letters», спостерігали у січні 2020 року з десятиденним інтервалом. Відкриття зробили за допомогою детекторів гравітаційних хвиль LIGO та Virgo.
Досягнення завершує цикл із трьох типів подій, виявлених за допомогою гравітаційно-хвильових інтерферометрів: зіткнення між чорними дірами, між нейтронним зорями та між чорною дірою і нейтронною зорею. Хоча співробітництво LIGO-Virgo спостерегло подію, схожу на останній тип, ще у 2019 році, тоді забракло доказів, щоби однозначно оголосити про відкриття. Але цього разу докази були неспростовні – і вчені тепер точно знають, що чорні діри таки «харчуються» нейтронними зорями.
«Хоча це відкриття не було неочікуваним, але воно змусило нас радісно вигукнути: "Нарешті, це воно!"» – розповідає Жужа Марка, професорка астрофізики з Колумбійського університету та співробітниця LIGO, яка є співавторкою статті у «Astrophysical Journal Letters».
Дві події, зафіксовані у січні минулого року, відбулися незалежно одна від одної на дуже великій відстані від Землі. У першій з них чорна діра, вдев’ятеро важча за Сонце, поглинула нейтронну зорю, чия маса вдвічі перевищувала сонячну. В другій – чорна діра, приблизно вшестеро масивніша за Сонце, «проковтнула» нейтронну зірку, яка була у півтора раза важчою за наше світило. Науковці розрахували, що в радіусі одного мільярда світлових років від Сонячної системи повинна відбуватися одна така подія приблизно раз на місяць.
Гравітаційні хвилі нагадують брижі часу-простору, які виникають під час взаємодії екстремально важких об’єктів. Хоча Альберт Айнштайн передбачив їх ще у 1916 році, астрофізики використовують їх у своїх спостереженнях лише з 2015 року, коли вперше зафіксували гравітаційні хвилі від злиття двох чорних дір. Через два роки вдалося ідентифікувати гравітаційно-хвильовий сигнал від бінарного злиття нейтронних зір, а теперішня колізія чорної діри з нейтронною зорею, за словами співавтора дослідження Чейза Кімбела, «завершує нашу колекцію».
Лазерні інтерферометри, за допомогою яких отримують такі дані, – це два перпендикулярні лазерні промені, які легенько осцилюють під час проходження крізь них хвилі. При цьому утворюється специфічний сигнал, який фізики між собою називають «цвіріньканням». У першій із зафіксованих минулого року подій, за словами Жужи Марка, «цвірінькання було особливо гучним».
Вчені сподіваються, що спостереження за допомогою гравітаційних хвиль допоможуть відповісти на запитання, звідки у Всесвіті взялось золото, платина та інші важкі елементи. Річ у тім, що приблизно половина хімічних елементів, які важчі, ніж залізо, утворилися внаслідок енергетичних зіткнень масивних космічних об’єктів. Спостерігаючи за зіткненнями чорних дір із нейтронними зорями, вчені сподіваються зрозуміти, яку пропорцію цих елементів породили саме вони.
Сьогодні детектори LIGO та Virgo проходять модернізацію і запрацюють у червні 2022 року з набагато досконалішою апаратурою. Дослідники сподіваються не лише підхопити гравітаційно-хвильові сигнали, а й точно встановити їхні координати, щоби навести на них звичайні телескопи і, можливо, побачити події, які їх породили, і в електромагнітному спектрі.
Maddie Bender
Black Holes Swallow Neutron Stars in a Single Bite, New Results Suggest
Scientific American, 2/07/2021
Зреферував Є. Л.
05.07.2021