Przejdź do treści

Drugie wykrycie układu podwójnego gwiazd neutronowych przez LIGO. Czy aby na pewno?

img

Jeżeli przegapiliście wiadomości ze stycznia 2020 r., to informujemy, że obserwatorium LIGO prawdopodobnie wykryło drugie zdarzenie połączenia się dwóch gwiazd neutronowych (pisaliśmy o tym tutaj). 

25 kwietnia 2019 roku detektor LIGO w Livingston w Luizjanie wykrył sygnał fali grawitacyjnej z połączenia obiektów znajdujących się około 520 mln lat świetlnych od Ziemi. Obserwacja ta, wykonana za pomocą tylko jednego detektora – ten w Hanford chwilowo był wyłączony, a detektor Virgo nie zarejestrował zjawiska – było ono jednak wystarczająco zauważalne, aby można je było zakwalifikować jako wyraźne wykrycie zdarzenia połączenia.

Analiza sygnału z układu GW190425 wskazuje, że było to zderzenie układu podwójnego o łącznej masie 3,3–3,7 razy większej od masy Słońca. Podczas gdy szacowane masy łączących się obiektów w przedziale pomiędzy 1,1 do 2,5 masy Słońca odpowiadają oczekiwanym masom gwiazd neutronowych, ta zmierzona całkowita masa jest znacznie większa niż masa jakiegokolwiek układu podwójnego gwiazd neutronowych zaobserwowanego dotąd w naszej galaktyce. Znamy 17 galaktycznych par gwiazd neutronowych o zmierzonych masach całkowitych, a masy te wahają się w przedziale zaledwie od 2,5 do 2,9 mas Słońca. Dlaczego zatem układ GW190425 jest tak ciężki?

Niezwykła masa układu GW190425 może wskazywać, że ukształtował się on inaczej niż znane galaktyczne układy podwójne gwiazd neutronowych.

Teoria sugeruje, że masywne, szybko łączące się pary gwiazd neutronowych, takie jak układ GW190425, mogą potencjalnie pochodzić od gwiazd o szczególnie niskiej metaliczności, rozwijających się w ciasnych układach podwójnych. W odpowiednich warunkach kopnięcia energetyczne wywołane eksplozjami supernowych mogą zostać stłumione, pozwalając obiektom pozostać razem w ciasnym układzie podwójnym nawet po ich ewolucji w gwiazdy neutronowe.

W takim przypadku układ GW190425 może reprezentować populację podwójnych gwiazd neutronowych, których wcześniej nie obserwowano. Te układy podwójne pozostawały niewidoczne ze względu na ich bardzo ciasne orbity z okresami poniżej godziny. Gwałtowne przyspieszenia tych obiektów przesłaniałyby ich sygnały w pomiarach pulsarowych. Najkrótszy okres układu podwójnego gwiazd neutronowych, który został wykryty w takich pomiarach, to 1,88 godziny, a układ ten nie połączy się przez kolejnych 46 mln lat. Układ GW190425 może reprezentować zupełnie inną populację podwójnych gwiazd neutronowych, która jest tak powszechna, jak populacja galaktyczna, którą znamy.

Niestety, obserwacja układu GW190425 za pomocą jednego detektora oznacza, że naukowcy nie byli w stanie dobrze określić lokalizacji źródła fali grawitacyjnej – zatem obserwacje uzupełniające nie wykryły jeszcze elektromagnetycznego odpowiednika, takiego jak w przypadku układu GW170817, pierwszego połączenia się dwóch gwiazd neutronowych zaobserwowanego przez detektor LIGO.

Oznacza to, że brakuje zewnętrznych informacji potwierdzających, że był to układ podwójny gwiazd neutronowych. Dlatego możliwe jest, że jeden bądź oba obiekty były czarnymi dziurami. Jeżeli tak, byłyby one mniejsze niż jakiekolwiek czarne dziury znane do tej pory, i badacze musieliby znacznie przebudować modele tworzenia się układów podwójnych czarnych dziur. 

Dzięki ostatnim licznym aktualizacjom detektorów LIGO i Virgo możemy wkrótce spodziewać się częstszego wykrywania układów podwójnych gwiazd neutronowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Learning from LIGO’s Second Binary Neutron Star Detection

GW190425: Observation of a Compact Binary Coalescence with Total Mass ~ 3.4 M⊙

Źródło: AASNova