Астрономы предложили искать гравитационные волны от звезд, схлопывающихся в черные дыры

Астрономы предложили искать гравитационные волны от нового типа космических источников — взрывающихся сверхмассивных звезд. Ранее такие волны ловили лишь от двойных систем из черных дыр и нейтронных звезд. Тяжелые звезды, коллапсирующие в конце жизни в черную дыру, взрываются несимметрично, поэтому сигнал от них может принять международный детектор LIGO, рассказали авторы исследования на конференции Американского астрономического общества.

До последнего времени гравитационные волны, за открытие которых в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике, фиксировались приходящими лишь от двойных объектов во вселенной — сливающихся черных дыр или пар нейтронных звезд. Гравитационных волн, рожденных какими-либо одиночными объектами, пока не регистрировалось, однако ученые предполагали, что такое возможно.

О том, гравитационно-волновые сигналы каких новых объектов ученые смогут получать с ростом чувствительности детекторов типа LIGO, в 2022 году RTVI рассказывал нобелевский лауреатом по физике 2017 года, американский астрофизик Кип Торн.

В своем новом исследовании физики из Северо-Западного университета США под руководством Ора Готлиба показали, что в скором времени ученые смогут улавливать гравитационные волны от совершенно неожиданных источников — оболочек умирающих массивных звезд. Готлиб с коллегами провели сложное компьютерное моделирование гравитационного коллапса массивных звезд. На заключительном этапе эволюции такие звезды коллапсируют в черную дыру, при этом процессе из центра звезды могут вырываться мощные джеты частиц, движущихся с околосветовыми скоростями.

Ученым удалось смоделировать этот процесс — начиная от начала коллапса до разлета вещества джетов.

Изначально Готлиб хотел понять, может ли аккреционный диск вокруг новорожденной черной дыры излучать гравитационные волны, доступные для регистрации на Земле. «Когда я рассчитывал гравволны из окрестностей черной дыры, то заметил другой источник, который нарушал мои расчеты — оболочку, — рассказал Готлиб. — Я пытался игнорировать ее, но понял, что это невозможно. Затем я понял, что оболочка — интересный источник гравитационных волн».

По мере того, как вещество джетов сталкивается с падающими на центр звезды внешними слоями, вокруг джетов образуются своеобразные пузыри, или коконы, в которых горячий газ и остатки внешних слоев перемешиваются и разлетаются в разные стороны от джета. По мере разлета пузыря его вещество возмущает пространство-время вокруг себя, что приводит к распространению гравитационных волн.

По словам ученых, если гравитационные волны от разлетающихся оболочек таких звезд генерируются, их в ближайшее время сможет зарегистрировать детектор LIGO, который постоянно совершенствуется. Ранее астрофизики пытались поймать волны от таких одиночных источников, как гамма-всплески и сверхновые звезды, однако ученые сомневаются, что LIGO способен зафиксировать их.

«И джеты и сверхновые являются взрывами с высокими энергиями. Но мы можем детектировать волны лишь высоких частот, от асимметричных взрывов, — пояснил Готлиб. — Вспышки сверхновых же сферические и симметричные, и такие взрывы не нарушают сбалансированного распределения массы в звездах, чтобы излучались гравитационные волны. Гамма-всплески длятся десятки секунд, поэтому частоты слишком низкие — ниже чувствительности LIGO».

По этой причине ученые просят наблюдателей переключить внимание на разлетающиеся оболочки умирающих звезд, которые с одной стороны, могут быть асимметричными, с другой — обладают высокими энергиями.