Со времени первой регистрации гравитационных волн в 2015 году ученые уже имели возможность наблюдать слияния массивных объектов, таких как черные дыры или нейтронные звезды. Тем не менее исследователи из Гейдельберга считают, что одни и те же события, но происходящие в центрах плотных звездных скоплений, выглядят по-разному.
Понимание различий между процессами слияния черных дыр с нейтронными звездами в пустых областях с небольшим количеством звезд и процессами, происходящими в центре звездных скоплений, может значительно расширить наши знания о гравитационных волнах и их источниках.
Компактные объекты
Звезды, более чем в восемь раз массивнее Солнца, не только мало живут, но и эффектно заканчивают свою жизнь, взрываясь как сверхновые и оставляя после себя либо нейтронные звезды, либо черные дыры. Нейтронные звезды обычно быстро вращаются вокруг своей оси и излучают регулярные вспышки излучения, которые позволяют нам наблюдать их. В 2017 году, когда две нейтронные звезды столкнулись, в дополнение к гравитационным волнам, ученые всего мира увидели в своих телескопах свечение этого взрыва. С черными дырами все немного по-другому, потому что гравитация черной дыры настолько сильна, что даже свет, движущийся со скоростью света, не может вырваться из нее. По этой причине любой тип детекторов электромагнитного излучения ничего не увидит в случае взаимодействия между двумя черными дырами.
Обсерватория LIGO, состоящая из двух детекторов в разных частях США, способна наблюдать такие гравитационные волны. Именно эти детекторы зарегистрировали в 2015 году, еще во время испытаний детекторов, гравитационные волны, излучаемые при слиянии двух черных дыр. За последние 4 года обсерватория также регистрировала волны, испускаемые столкновениями нейтронных звезд или черных дыр с нейтронной звездой. По словам доктора Арчиа Седда, главная задача исследователей в настоящее время заключается в обнаружении различий между этими явлениями.
Черная дыра поглощает нейтронную звезду
Момент возможного слияния черной дыры с нейтронной звездой был зарегистрирован в августе 2019 года. Несмотря на это, обсерватории, регистрирующие электромагнитное излучение, не зафиксировали вспышки света в той части неба, где находился источник гравитационных волн. Это может означать, что черная дыра полностью поглотила нейтронную звезду, не разрывая ее в самом конце.
В своем анализе исследователь из Гейдельберга проанализировал процесс слияния черной дыры с нейтронной звездой. Используя подробные компьютерные симуляции, Седда исследовал взаимодействия, происходящие в системе, состоящей из звезды, компактного объекта (например, черной дыры) и третьего массивного объекта в окружающей среде, необходимого для соединения. Результаты анализа показывают, что гравитационные взаимодействия в такой системе из трех тел могут провоцировать связь черных дыр с нейтронными звездами в центрах шаровых скоплений.
Это особое семейство динамических столкновений, которые существенно отличаются от процессов объединения массивных объектов, которые происходят в изолированных областях, где в непосредственной близости не так много звезд, - добавляет Мануэль Арка Седда.
Если данные о столкновении, записанные в августе, окажутся совместимыми с моделью, это будет не только первый случай наблюдения связи черной дыры с нейтронной звездой внутри шарового скопления, но в целом первое свидетельство существования такой пары.
Источник: Гейдельбергский университет