Przejdź do treści

Wybuchowe połączenie… Być może

Wizja artystyczna połączenia czarnej dziury z gwiazdą neutronową.

16 sierpnia 2019 roku zarówno Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM), jak i LIGO wykryły słabe punkty, które nie zostały zarejestrowane jako zdarzenia. Ale czy te sygnały-duchy rzeczywiście odpowiadają pierwszemu zderzeniu czarnej dziury z gwiazdą neutronową, które naukowcy wykryli?

Gwiazdy neutronowe i czarne dziury: zmieszaj i połącz
Pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych przez LIGO dotyczyło zdarzenia GW150914 – połączenia się pary czarnych dziur. Od tego czasu LIGO współpracuje ze swoim europejskim odpowiednikiem, Virgo, w celu potwierdzenia kolejnych kilkunastu detekcji łączenia się podwójnych czarnych dziur. W ramach współpracy wykryto dwa przypadki zderzeń podwójnych gwiazd neutronowych – jednemu z nich, GW170817, towarzyszył krótki błysk gamma i emisja obejmująca widmo elektromagnetyczne.

Jednak zbiór LIGO/Virgo typu „zmieszaj i połącz” jest niekompletny, wciąż czekamy na zdecydowane wykrycie zderzenia gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. W szczególności naukowcy chcieliby zauważyć połączenie, w którym gwiazda neutronowa jest niszczona pływowo przez czarną dziurę, rozświetlając niebo wraz z towarzyszącą mu emisją elektromagnetyczną.

Czy to możliwe, że takie zdarzenie znajduje się wśród odrzuconych danych detektorów z LIGO/Virgo i Fermi?

Para intrygujących (nie-)zdarzeń?
Wyniki trzeciej rundy obserwacyjnej LIGO/Virgo są nadal dokładnie analizowane w ramach współpracy między zespołami. Dane o alarmie O3 są jednak publicznie dostępne – i zespół naukowców wykorzystał to, aby przeprowadzić niezależną analizę szczegółowo opisaną niedawno w publikacji prowadzonej przez Yi-Si Yang (Uniwersytet w Nanjing, Chiny).

Yang i jego współpracownicy zwracają uwagę na dwa słabe sygnały, które zarejestrowano 16 sierpnia 2020 roku:

  1. Podprogowe zdarzenie fali grawitacyjnej w danych LIGO/Virgo – tj. zdarzenie o stosunku sygnału do szumu poniżej 12, progu kwalifikującym jako znaczący kandydat.
  2. Podprogowy rozbłysk gamma, GBM-190816, który został wychwycony przez Fermi/GBM zaledwie 1,57 sekundy po zdarzeniu fali grawitacyjnej.

Jeżeli te dwa sygnały są zarówno rzeczywiste, jak i powiązane to GBM-190816 reprezentuje krótki rozbłysk gamma wyemitowany z połączenia dwóch zwartych obiektów – a analiza Yanga i jego współpracowników pokazuje, że przy stosunku masy q ~2,26 jest to najprawdopodobniej układ podwójny gwiazda neutronowa – czarna dziura. Najprostsze wyjaśnienie jest takie, że gwiazda neutronowa została rozerwana, zanim obiekty ostatecznie się połączyły, tworząc parę sygnałów.

Identyfikowanie tego, co prawdziwe
Czy więc te zdarzenia podprogowe są prawdziwe? Naukowcy jeszcze nie mogą tego powiedzieć. Publiczne alerty LIGO/Virgo zawierają tylko część informacji o sygnale, więc zespół Yanga musiał przyjąć szereg założeń, aby przeanalizować to zdarzenie.

Słabość obu sygnałów jest rozsądna, biorąc pod uwagę parametry tego potencjalnego połączenia: jeżeli było prawdziwe, miało miejsce w odległości 1,4 mld lat świetlnych, około dziesięć razy dalej niż GW170817. Promieniowanie gamma było również niezwykle krótkie – zaledwie ~0,1 sekundy, w porównaniu z ~2 sekundami czasu trwania GW170817 – co spowodowało, że zarejestrował się poniżej progu Fermi/GBM.

Jeżeli zostanie potwierdzone, zdarzenie to może dostarczyć ciekawych informacji o tym, jak światło emitowane przez takie połączenie ucieka i dociera do nas. Teraz trzeba jedynie poczekać na oficjalną wspólną analizę zespołu LIGO/Virgo/Fermi!

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
An Explosive Merger … Maybe

Physical Implications of the Subthreshold GRB GBM-190816 and Its Associated Subthreshold Gravitational-wave Event

Źródło: AAS

Na ilustracji: Wizja artystyczna połączenia czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Źródło: Carl Knox, OzGrav ARC Centre of Excellence