Перше можливе спостереження злиття чорної діри та нейтронної зорі

Дані, отримані від гравітаційних обсерваторій LIGO та Virgo в кінці квітня 2019 року можуть свідчити про перше в історії спостереження поглинання нейтронної зорі чорною дірою. Ця подія може пролити світло на те, з якої речовини складаються нейтронні зорі та якою є їхня внутрішня структура.

Гравітаційно-хвильова астрономія – це вид наукової діяльності, який став широко застосовуватися на практиці навіть не у 21 столітті, а лише в останні десять років. Нещодавно перша у світі гравітаційно-хвильова обсерваторія LIGO у США зафіксувала гравітаційні хвилі від двох чорних дір, що злилися. Це стало однією з найголовніших астрономічних подій 2016 року. 2017 року ця ж обсерваторія зареєструвала гравітаційні хвилі від злиття двох нейтронних зір з утворенням чорної діри і це також стало сенсацією.

З того часу LIGO та європейська гравітаційно-хвильова обсерваторія Virgo зафіксували сотні актів злиття чорних дір та нейтронних зір. І ось 25 квітня 2019 року обидві обсерваторії зафіксували дуже слабкий і дійсно незвичний сплеск гравітаційних хвиль. Цей сплеск, на думку вчених, може свідчити про достатньо рідкісне явище – об’єднання чорної діри з нейтронною зорею.

Гравітаційно-хвильова обсерваторія LIGO
Гравітаційно-хвильова обсерваторія LIGO (Хенфорд).

Звичайно, що саме зіткнення відбулося не у квітні. За висновками вчених воно відбулося у 500 мільйонах світлових років від нас, далеко за межами Місцевої групи галактик. Однак сигнал від події, що сталася ще у часи, коли життя на Землі ще не вийшло на суходіл, дійшов до нас тільки зараз.

І чорні діри і нейтронні зорі є достатньо екзотичними об’єктами, що утворюються на пізній стадії еволюції зір, значно масивніших за Сонце. Нейтронні зорі утворюються з зір, маса яких у кілька разів більша за масу нашого світила, а тривалість життя сягає кількох сотень мільйонів років. В кінці їхнього життя сили гравітації стискають зірку до розміру у кілька сотень кілометрів та густини, яку мають елементарні частинки.

Чорна діра також є результатом стискання зірки, однак більш масивної. Маса такого об’єкта має у десятки разів перевищувати масу Сонця, а тривалість життя вимірюється мільйонами років. Сила гравітації стискає чорні діри значно сильніше, ніж нейтронні зорі, тож вони стають скоріше екзотичними областями простору, ніж небесними тілами.

Художнє зображення злиття чорної діри та нейтронної зорі
Художнє зображення злиття чорної діри та нейтронної зорі. Джерело: beyondearthlyskies.blogspot.com

Тож, попри те, що обидва типи об’єктів утворюються із важких у порівнянні із Сонцем зір з коротким терміном життя, за цими двома характеристиками між собою вони дуже сильно відрізняються. У більшості випадків, коли дві настільки різні зорі утворюють подвійну систему, то та із них, яка може перетворитися на чорну діру є головною і перетворюється на екзотичний об’єкт. Відбувається це значно раніше, ніж її супутник пройде усі стадії еволюції і перетвориться на нейтронну зорю. Зазвичай менші зірки у таких системах починають втрачати свою масу значно раніше, ніж зможуть перетворитися на нейтронну зорю.

Однак подія, яку ймовірно спостерігали дві гравітаційно-хвильові обсерваторії у квітні цікава не тільки через свою рідкість. Значно більший інтерес представляють ті процеси, що відбувалися у цій подвійній системі безпосередньо перед зіткненням. Адже, на відміну від пари чорних дір чи нейтронних зір, пара з нейтронної зорі та чорної діри перед злиттям обертається не по круговій орбіті навколо спільного центру.

Наукова моделб нейтронної зорі та чорної діри. Джерело: A. Tonita, L. Rezzolla, F. Pannarale
Наукова модель нейтронної зорі та чорної діри. Джерело: A. Tonita, L. Rezzolla, F. Pannarale

Гравітація чорної діри викривляє простір на невеличкій відстані навколо неї таким чином, що орбіта достатньо міцного об’єкту починає зміщуватися. Траєкторія супутника починає описувати навколо чорної діри сферу. І нейтронна зоря, на відміну від звичайної зірки має достатньо потужну власну силу тяжіння, щоб не бути розірваною навіть на такій невеличкій відстані. Це дає унікальну можливість дослідити різні аспекти теорії відносності.

Якщо ж виявиться, що в останні дні чи години перед зіткненням припливні сили від чорної діри все ж руйнують нейтронну зорю, то це є ще цікавішою можливістю. Адже попри те, що чорні діри є еталоном втаємниченості у космосі, про стан речовини в глибинах нейтронної зорі ми також майже нічого не знаємо, тож спостерігати викид цієї речовини було б неймовірною удачею.

Поки що ж ми можемо тільки сказати про цікавий казус, що виник у термінології у зв’язку із цією подією. Річ у тім, що дві нейтронні зорі при зустрічі зливаються, утворюючи чорну діру. Дві чорні діри також зливаються. А ось коли до чорної діри наближається звичайна зірка, то  чорна діра її розриває і поглинає. Тож, поки що щодо нейтронної зорі та чорної діри краще за все вживати термін «з’єднання» оскільки що саме там відбувається вченим ще доведеться дізнатися. Поки що ж ми просто дізналися, що це дійсно десь відбувається.

Nature (2019), doi: 10.1038/d41586-019-01377-2.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 77 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.