Европейские астрономы по-новому интерпретировали событие под названием GW190521. Его зарегистрировали в 2019 году как гравитационно-волновой сигнал. Ранее считалось, что это две гравитационно связанные черные дыры, летящие по спиралевидным траекториям, слились в одну. В новом исследовании речь уже идет о еще более загадочном явлении – слиянии двух бозонных звезд. Новая модель более точно описывает форму сигнала, и полнее соответствует традиционной модели звездной эволюции.
Квазикруговая орбита
В 2015 году астрономы получили доступ к волновому фактору гравитационных сил. Все благодаря тому, что коллаборация Virgo и LIGO тогда впервые зарегистрировали подобный сигнал. Гравитационные волны создают возмущения пространства-времени, которые исходят от любого массивного объекта, который попеременно то тормозит, то ускоряется. Обсерватории видят наиболее сильные волны, создаваемые при слиянии двух массивных тел: нейтронных звезд или черных дыр, к примеру. Подобных событий к сегодняшнему дню зафиксировано уже порядка 90.
Возмущения самой ткани Вселенной наиболее ценны для изучения, поскольку эта информация нужна для понимания звездной эволюции и построения космологических моделей. Но среди всех событий GW190521 весьма резко выделяется. Ранее его считали слиянием двух черных дыр с массами 85 и 66 солнечных, сближающихся по квазикруговым орбитам.
Однако здесь существовала проблема. Масса одной из черных дыр находилась в том диапазоне масс, в котором исключен коллапс звезды, а значит, и ее появление, как черной дыры. Максимум она сама была результатом слияния, произошедшего ранее. Вторая проблема заключалась в соотношении между прецессией вращения черных дыр при квазикруговом движении и морфологией события.
Динамический захват
Решить эту проблему взялись астрофизики из Германии и Италии под руководством Росселла Гамба из университета имени Фридриха Шиллера. Они решили, что черные дыры сливались по другой модели. Одна из черных дыр в плотном звездном скоплении, будучи ранее свободной, была захвачена гравитацией другой черной дыры. Вообще же двойные черные дыры формируют разные процессы.
Но чаще всего они получаются в результате коллапса двойных звезд, которые и дальше продолжают вращаться по круговым орбитам вокруг общего центра масс. В ходе этого процесса излучается энергия в виде гравитационных волн, их траектория напоминает спираль. И со временем сокращаются их радиусы орбит. Но космические тела, несвязанные между собой, могут и по-другому сливаться в так называемом динамическом захвате. Если траектории их движения изначально находятся в достаточно узком диапазоне, то они столкнутся и без спирального движения. Из-за этого такой сценарий для черных дыр был до сих пор не применим, поскольку время взаимодействия здесь короткое, а орбиты гиперболические.
Это все хорошо согласуется с характером GW190521. Он не имел предварительных колебаний и был очень коротким (примерно 0,1 секунды). В новой модели расчеты показали массы черных дыр в 52 и 81 солнечных масс. Не потребовался учет процессии их спинов, а точность, по сравнению с моделью квазикругового движения, улучшилась в 4300 раз. Динамический захват объясняет и массовое противоречие при условии большой плотности звезд в скоплении. Если GW190521 – это действительно динамический захват блуждающей черный дыры другой черной дырой, то это событие первое в истории.
Темные бозоны
Одновременно ученые из Галицкого института физики высоких энергий (IGFAE) и Университета Авейру провели свое исследование GW190521. И они предположили, что это событие создали вовсе не черные дыры, а бозонные звезды. Такие светила состоят из сверхлегких бозонов, чья масса меньше массы электронов в миллиарды раз. Одно и тоже квантовое состояние могут иметь неограниченное число бозонов.
Они могли сформироваться на начальных стадиях развития Вселенной в результате гравитационного коллапса. Теоретически сверхмассивная бозонная звезда может находиться и в центре галактики. Тогда бы это объяснило некоторые свойства галактических активных ядер. На данный момент бозоны остаются гипотетическим объектом, к тому же претендующим на роль темной материи.
Соавтор исследования Хосе А. Фонт из валенсийского университета пояснил:
Наши результаты показывают, что эти два сценария (слияние черных дыр и слияние бозонных звезд) почти неразличимы с учетом данных. И все же гипотеза экзотической бозонной звезды подходит лучше. Это очень интересно, поскольку модель бозон-звезды на данный момент очень ограничена и подлежит значительным улучшениям.
По его словам Фонта, более развитая модель может привести к еще большему доказательству этого сценария. Также позволит изучить предыдущие наблюдения гравитационных волн в предположении слияния бозонов и звезд.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
