Cosmic Pac-Man: Astronomowie odebrali pierwsze niewątpliwe sygnały fal grawitacyjnych ze zderzenia gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. LIGO i Virgo wykryły dwa takie zdarzenia w styczniu 2020 roku. Mniejsza gwiazda neutronowa mogła zostać połknięta przez całą czarną dziurę bez towarzyszącego jej wybuchu promieniowania. Dowody na takie mieszane kolizje otwierają okazję, aby dowiedzieć się więcej o pochodzeniu, ewolucji i końcu tych nierównych par.

Gdzie pierwszy przewodnik Z fal grawitacyjnych w 2016 roku astronomowie zarejestrowali ponad 50 kosmicznych kolizji z detektorami LIGO i Virgo. Zwykle dwie gwiezdne czarne dziury łączą się, w kilku przypadkach łączą się dwie gwiazdy neutronowe. Także fuzje między dwoma ekstremistycznymi partnerami Nierówni odbiorcy Oni już tam byli.

Ale to, czego do tej pory brakowało, to wyraźny dowód na mieszaną podwójną – gwiazdę neutronową zderzającą się z czarną dziurą. Był jeden w kwietniu 2019 r. potencjalni kandydaci, ale pozycja danych była zbyt słaba, aby uzyskać jasne dowody. Kolejne wydarzenie w czerwcu 2020 daje zagadki Ponieważ drugi partner był zbyt lekki dla czarnej dziury, ale zbyt ciężki dla gwiazdy neutronowej.

Mieszane kolizje z rzędu

Teraz po raz pierwszy astronomowie wykryli wyraźne sygnały zderzenia gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. W styczniu 2020 r. detektory LIGO w USA i Virgo we Włoszech zarejestrowały fale grawitacyjne z tego mieszanego duetu dwa razy z rzędu. „Sama fale grawitacyjne nie mówią nam o strukturze najlżejszego obiektu, ale możemy określić jego maksymalną masę” – wyjaśnia Bhooshan Gadre z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej im. Maxa Plancka w Poczdamie.

Analizy te pokazują, że mniejszym partnerem w obu zderzeniach nie może być czarna dziura, ale raczej gwiazda neutronowa ze względu na jej małą masę. W wydarzeniu GW200105 5 stycznia 2020 r. zderzyły się ze sobą czarna dziura o masie 8,9 mas Słońca i gwiazda neutronowa o masie 1,9 mas Słońca. Energia tego zderzenia wyzwoliła fale grawitacyjne, które dotarły do ​​Ziemi około 900 milionów lat później.

Drugie wydarzenie zostało zarejestrowane 15 stycznia. GW200115 pochodzi z czarnej dziury o masie 5,7 mas Słońca i gwiazdy neutronowej o masie 1,5 mas Słońca, które zderzyły się około miliarda lat świetlnych od nas.

Czy jest jakieś powiązane promieniowanie?

Ponieważ fale grawitacyjne tego drugiego zderzenia dotarły do ​​detektorów LIGO i Virgo z dobrą jakością, astronomowie byli w stanie przynajmniej z grubsza określić prawdopodobną lokalizację zdarzenia. Za pomocą triangulacji zawęzili jego pozycję do obszaru nieba odpowiadającego wielkości około 3000 księżyców w pełni.

To przybliżone określenie lokalizacji umożliwiło innym zespołom wykorzystanie teleskopów do poszukiwania elektromagnetycznych skutków zderzenia. Takie wybuchy promieniowania często nie występują, gdy zderzają się dwie czarne dziury, ale stają się one widoczne po połączeniu się gwiazd neutronowych. odkrywca. Nie jest jednak jasne, czy zostaną one również uwolnione w kolizji mieszanej. Przynajmniej z GW200115 astronomowie niczego nie znaleźli.

Połknąć w całości – jak Pac-Man

Możliwa przyczyna: Czarna dziura mogła połknąć całą gwiazdę neutronową – nie pozostawiając po sobie żadnych radioaktywnych szczątków. „To nie były wydarzenia, w których czarne dziury najpierw gryzą gwiazdy neutronowe i rzucają fragmentami jak ciasteczkowy potwór” – wyjaśnia rzecznik LIGO Patrick Brady z University of Wisconsin-Milwaukee. Ten wyrzut wytworzyłby promieniowanie, ale nie sądzimy, żeby tak się stało w tych przypadkach.

„W tych zderzeniach dwa gęste, gęste obiekty po prostu nie łączą się i nie łączą. To bardziej przypomina Pac-Mana: czarna dziura całkowicie pożera swoją partnerską gwiazdę neutronową” – dodaje współautorka Susan Scott z Australian National University. To naprawdę niesamowite wydarzenia i długo czekaliśmy, aby je zobaczyć.

Wiele pytań bez odpowiedzi

Wydarzenia GW200105 i GW200115 wyraźnie pokazują, że te asymetryczne zderzenia istnieją we wszechświecie – i że można je wykryć za pomocą fal grawitacyjnych. Jednocześnie zderzenia te otwierają przed astronomami nowe możliwości bardziej szczegółowego zbadania pochodzenia, ewolucji i końca tych mieszanych par. „Jest wiele rzeczy, których nie wiemy o gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach – jak małe lub duże mogą być, jak szybko się obracają i jak są sparowane” – wyjaśnia Maya Fischbach z Northwestern University w Evanston.

Zespoły LIGO i Virgo pracują obecnie nad udoskonaleniem swoich detektorów, aby osiągnąć wyższy poziom czułości, aby uruchomić kolejną obserwację w 2022 roku. Jako trzeci członek grupy, od 2020 roku działa również japoński detektor KAGRA ( Listy z czasopism astrofizycznych, doi: 10.3847/2041-8213/c082e)

Cowell: University of Wisconsin-Milwaukee, Northwestern University, CNRS, Australian National University

30. czerwca 2021

– Nadia Podebrigar