Detektory fal grawitacyjnych dostrzegają gwiazdy neutronowe zderzające się z czarnymi dziurami
W ciągu ostatnich sześciu lat astronomowie zaobserwowali, jak czarne dziury łączą się z czarnymi dziurami, a gwiazdy neutronowe zderzają się z gwiazdami neutronowymi. Teraz naukowcom udało się po raz pierwszy w końcu wykryć czarną dziurę łączącą się z gwiazdą neutronową.
Wizualizacja pokazująca, co się dzieje, gdy gwiazda neutronowa zostaje rozerwana i połknięta przez czarną dziurę. Wizualizacja: T. Dietrich, N.Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, T. Vu; Simulation: V. Chaurasia, T. Dietrich
Co widzieliśmy wcześniej
Detektory fal grawitacyjnych takie jak LIGO, Virgo i KAGRA zostały zaprojektowane do wykrywania zmarszczek w czasoprzestrzeni pochodzących od zwartych obiektów w układach podwójnych. W pierwszych dwóch i pół przebiegach obserwacyjnych LIGO/Virgo (O1, O2 i O3a) detektory zidentyfikowały 48 przykładów połączeń między czarnymi dziurami i 2 połączenia pomiędzy gwiazdami neutronowymi. Ale teoria przewiduje, że połączenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi także powinny mieć miejsce!
Obecnie zespół LIGO/Virgo opublikował pierwsze wyniki z drugiej połowy trzeciego okresu obserwacyjnego (O3b) – wśród nich są dwa przypadki wykrycia obiektu o masie czarnej dziury zderzającego się z obiektem o masie gwiazdy neutronowej.
Co znaleziono
Używając detektorów LIGO w stanach Livingston i Hanford oraz detektora Virgo w Europie, współpracownicy zauważyli dwa oddzielne zdarzenia w odstępie 10 dni:
- GW200105 zostało wykryte przez LIGO Livingston i Virgo (LIGO Hanford był w tym czasie chwilowo wyłączony), a sygnał jest zgodny z czarną dziurą o masie 9 mas Słońca, zderzającą się z gwiazdą neutronową o masie 1,9 masy Słońca.
- GW200115 zostało wykryte przez wszystkie trzy detektory LIGO/Virgo, a sygnał jest zgodny z czarną dziurą o masie 6 Słońc zderzającą się z gwiazdą neutronową o masie 1,5 masy Słońca.
Jak dotąd, nie wykryto żadnych sygnatur elektromagnetycznych związanych z którymkolwiek z tych zdarzeń – ale jeżeli gwiazdy neutronowe zostały połknięte w całości przez czarne dziury zamiast najpierw zostać rozerwane, nie należy się spodziewać takich sygnatur.
Nie mając elektromagnetycznych dowodów na to, że drugim składnikiem były gwiazdy neutronowe, naukowcy polegają na swoich pomiarach mas pochodzących z sygnałów fal grawitacyjnych. Porównując te pomiary z masami znanych gwiazd neutronowych w naszej galaktyce, jasne jest, że obie gwiazdy mieszczą się w oczekiwanym zakresie mas dla gwiazd neutronowych.
Czego możemy się z tego nauczyć
Chociaż naukowcy są podekscytowani faktem, że w końcu udało im się skompletować „portret rodzinny” połączeń obiektów zwartych, GW200105 i GW200115 są czymś więcej niż kamieniem milowym – niosą ze sobą również cenne informacje.
Po pierwsze, połączenie tych dwóch sygnałów pozwoliło naukowcom zacząć szacować tempo łączenia się czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi. Zakładając, że GW200105 i GW200115 są reprezentatywne dla szerszej populacji, autorzy wnioskują, że na gigaparsek sześcienny na rok zachodzi ~12-120 takich złączeń (czyli mniej więcej jedno na miesiąc w odległości miliarda lat świetlnych).
Z kolei tempo to dostarcza wskazówek na temat tego, jak te układy podwójne mogły się uformować. Różne kanały formowania przewidują różne tempo fuzji; obecnie, szacowane tempo jest najbardziej zgodne z tym przewidywanym dla układów podwójnych formowanych w izolacji lub w młodych gromadach gwiazd. W przeciwieństwie do tego, dynamiczne formowanie się układów podwójnych w gęstych jądrowych gromadach gwiazd i gromadach kulistych przewiduje niższe tempo łączenia.
Jest jeszcze zbyt wcześnie na wyciąganie mocnych wniosków i naukowcy będą w stanie lepiej zrozumieć względny udział tych różnych kanałów, gdy w przyszłości dokonają większej liczby detekcji układów podwójnych czarna dziura-gwiazda neutronowa. Dzięki temu, że KAGRA został niedawno uruchomiony, a LIGO/Virgo wkrótce powróci z dodatkowymi ulepszeniami, astronomowie mogą mieć nadzieję na wiele więcej takich odkryć w przyszłości, gdy będą nadal poszerzać swój obraz Wszechświata na falach grawitacyjnych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
