W ciągu ostatnich sześciu lat astronomowie zaobserwowali, jak czarne dziury łączą się z czarnymi dziurami, a gwiazdy neutronowe zderzają się z gwiazdami neutronowymi. Teraz naukowcom udało się po raz pierwszy w końcu wykryć czarną dziurę łączącą się z gwiazdą neutronową.
Co widzieliśmy wcześniej
Detektory fal grawitacyjnych takie jak LIGO, Virgo i KAGRA zostały zaprojektowane do wykrywania zmarszczek w czasoprzestrzeni pochodzących od zwartych obiektów w układach podwójnych. W pierwszych dwóch i pół przebiegach obserwacyjnych LIGO/Virgo (O1, O2 i O3a) detektory zidentyfikowały 48 przykładów połączeń między czarnymi dziurami i 2 połączenia pomiędzy gwiazdami neutronowymi. Ale teoria przewiduje, że połączenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi także powinny mieć miejsce!
Obecnie zespół LIGO/Virgo opublikował pierwsze wyniki z drugiej połowy trzeciego okresu obserwacyjnego (O3b) – wśród nich są dwa przypadki wykrycia obiektu o masie czarnej dziury zderzającego się z obiektem o masie gwiazdy neutronowej.
Co znaleziono
Współpracownicy zauważyli dwa oddzielne zdarzenia w odstępie 10 dni przy użyciu detektorów LIGO w stanach Livingston i Hanford oraz detektora Virgo w Europie:
- GW200105 wykryły LIGO Livingston i Virgo (LIGO Hanford był w tym czasie chwilowo wyłączony), a sygnał jest zgodny z czarną dziurą o masie 9 mas Słońca, zderzającą się z gwiazdą neutronową o masie 1,9 masy Słońca.
- GW200115 wykryły wszystkie trzy detektory LIGO/Virgo, a sygnał jest zgodny z czarną dziurą o masie 6 Słońc zderzającą się z gwiazdą neutronową o masie 1,5 masy Słońca.
Jak dotąd nie wykryto żadnych sygnatur elektromagnetycznych związanych z którymkolwiek z tych zdarzeń – ale jeżeli gwiazdy neutronowe zostały połknięte w całości przez czarne dziury zamiast najpierw zostać rozerwane, nie należy się spodziewać takich sygnatur.
Nie ma elektromagnetycznych dowodów na to, że drugim składnikiem były gwiazdy neutronowe i naukowcy polegają na swoich pomiarach mas pochodzących z sygnałów fal grawitacyjnych. Porównując te pomiary z masami znanych gwiazd neutronowych w naszej galaktyce, jasne jest, że obie gwiazdy mieszczą się w oczekiwanym zakresie mas dla gwiazd neutronowych.
Czego możemy się z tego nauczyć
Chociaż naukowcy są podekscytowani faktem, że w końcu udało im się skompletować „portret rodzinny” połączeń obiektów zwartych, GW200105 i GW200115 są czymś więcej niż kamieniem milowym – niosą ze sobą również cenne informacje.
Po pierwsze, połączenie tych dwóch sygnałów pozwoliło naukowcom zacząć szacować tempo łączenia się czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi. Zakładając, że GW200105 i GW200115 są reprezentatywne dla szerszej populacji, autorzy wnioskują, że na gigaparsek sześcienny na rok zachodzi ~12-120 takich złączeń (czyli mniej więcej jedno na miesiąc w odległości miliarda lat świetlnych).
Z kolei tempo to dostarcza wskazówek na temat tego, jak te układy podwójne mogły się uformować. Różne kanały formowania przewidują różne tempo fuzji. Obecnie szacowane tempo jest najbardziej zgodne z tym przewidywanym dla układów podwójnych formowanych w izolacji lub w młodych gromadach gwiazd. W przeciwieństwie do tego, dynamiczne formowanie się układów podwójnych w gęstych jądrowych gromadach gwiazd i gromadach kulistych przewiduje niższe tempo łączenia.
Jest jeszcze zbyt wcześnie na wyciąganie mocnych wniosków i naukowcy będą w stanie lepiej zrozumieć względny udział tych różnych kanałów, gdy w przyszłości dokonają większej liczby detekcji układów podwójnych czarna dziura-gwiazda neutronowa. Dzięki temu, że KAGRA został niedawno uruchomiony, a LIGO/Virgo wkrótce powróci z dodatkowymi ulepszeniami, astronomowie mogą mieć nadzieję na wiele więcej takich odkryć w przyszłości, gdy będą nadal poszerzać swój obraz Wszechświata na falach grawitacyjnych.
Więcej informacji:
- LIGO/Virgo Spots Neutron Stars Colliding with Black Holes
- Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences
Źródło: AAS
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizualizacja pokazująca, co się dzieje, gdy gwiazda neutronowa zostaje rozerwana i połknięta przez czarną dziurę. Wizualizacja: T. Dietrich, N.Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, T. Vu; Simulation: V. Chaurasia, T. Dietrich
