В сокровищнице гравитационных волн видны сталкивающиеся черные дыры и нейтронные звезды

Ученые выпустили самый большой на сегодняшний день каталог обнаруженных гравитационных волн, пролив новый свет на взаимодействие между самыми массивными объектами во Вселенной, черными дырами и нейтронными звездами.

Каталог был составлен тремя новаторскими детекторами: двумя детекторами лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), расположенными в Хэнфорде, Вашингтоне и Ливингстоне, Луизиана, и европейской антенной гравитационных волн Девы в Пизе, Италия.

Каталог содержит 35 новых гравитационных волновых событий, ряби в пространстве-времени, предсказанных общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1916 году. Последняя партия обнаружений, сделанная во время кампании по измерениям, которая началась в ноябре 2019 года и внезапно закончилась в марте 2020 года из-за распространения COVID-19 доводит общее количество зарегистрированных на данный момент гравитационных волновых событий до 90.

LIGO объявила о первом обнаружении гравитационных волн в 2015 году. С тех пор технология сделала огромный шаг вперед, и во время наблюдений детекторы обнаруживают сигнал каждый месяц. Согласно заявлению Девы, большинство недавно обнаруженных гравитационных волн было вызвано слиянием черных дыр.

Но каталог также содержит три обнаружения, которые могут отметить столкновения между одной нейтронной звездой и одной черной дырой. Черные дыры и нейтронные звезды, которые представляют собой сжатые ядра массивных звезд-сверхгигантов, являются самыми плотными и массивными объектами во Вселенной. Попадая в гравитационные поля друг друга, они начинают вращаться вокруг друг друга, образуя двойную систему.

Мощные гравитационные силы вызывают космические «землетрясения», которые отражаются в пространстве, искажая ткань пространства-времени. В конце концов, эти объекты сталкиваются и сливаются, образуя новые сверхмассивные черные дыры. Некоторые из черных дыр, образовавшихся во время недавно обнаруженных слияний, могут в 100 раз превышать массу Солнца, говорится в заявлении UK Research and Innovation (UKRI), которое финансирует вклад Великобритании в исследования гравитационных волн.

Черные дыры таких размеров пока предсказаны только теоретически, и недавние наблюдения могут окончательно доказать их существование, говорится в заявлении UKRI. «Только сейчас мы начинаем ценить чудесное разнообразие черных дыр и нейтронных звезд», — говорится в заявлении Кристофера Берри, преподавателя Университета Глазго, Шотландия, который участвует в исследовании. «Наши последние результаты доказывают, что они бывают разных размеров и комбинаций.

Мы решили некоторые давние загадки, но также раскрыли некоторые новые загадки. Используя эти наблюдения, мы приближаемся к разгадке тайн того, как звезды, строительные блоки нашего Вселенная, развиваться «. В одном из трех предполагаемых столкновений между черной дырой и нейтронной звездой, обнаруженных во время кампании, может быть нейтронная звезда, масса которой примерно в 1,17 раза больше массы Солнца.

Если оценка верна, по данным UKRI, это будет одна из нейтронных звезд с наименьшей массой, когда-либо обнаруженных. В заявлении Дева говорится, что наблюдения были переданы более широкому научному сообществу, чтобы позволить другим исследователям проанализировать события и сделать новые открытия.

Изучение эхо этих космических землетрясений откроет новую информацию о природе задействованных объектов и процессах, происходящих во время столкновений. Сьюзан Скотт, астрофизик из Австралийского национального университета, которая также участвует в исследовании, заявила в своем заявлении, что изучение масс и спинов черных дыр в этих двойных системах указывает на то, как эти системы развивались в первую очередь. «Это действительно новая эра для обнаружения гравитационных волн, и растущее число открытий раскрывает так много информации о жизни и смерти звезд по всей Вселенной», — сказал Скотт в своем заявлении.

«Это также вызывает некоторые действительно увлекательные вопросы. Например, изначально образовалась ли система из двух звезд, которые вместе прошли жизненные циклы и в конечном итоге стали черными дырами? Или две черные дыры столкнулись вместе в очень плотной динамической среде, такой как центр галактики? «

Последний каталог показывает, насколько улучшилось обнаружение гравитационных волн после революционного открытия 2015 года. Благодаря улучшенной чувствительности приборов ученые теперь делают новые обнаружения каждый месяц, когда работают обсерватории.

Фактически, 70 из 90 текущих обнаружений на сегодняшний день относятся к двум последним наборам наблюдений, проведенным с 2019 года. И LIGO, и Virgo сейчас проходят улучшения для дальнейшего повышения чувствительности и подготовки к новому запуску наблюдений, который начнется в середине 2022 года.

Обновление означает, что обсерватории смогут обнаруживать сигналы, исходящие из объема Вселенной, который почти в 10 раз больше, чем раньше. Когда LIGO и Virgo возобновят работу, к ним присоединится японский детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA), который был запущен в феврале 2020 года.