Обнаружены первые слияния черной дыры и нейтронной звезды

Давным-давно в двух галактиках на расстоянии около 900 миллионов световых лет две черные дыры поглотили своих спутников нейтронных звезд, вызвав гравитационные волны, которые наконец достигли Земли в январе 2020 года.

Обнаруженные международной группой астрофизиков, в том числе исследователями Северо-Западного университета, два события, обнаруженных с разницей всего в 10 дней, являются первым в истории обнаружением слияния черной дыры с нейтронной звездой. Полученные данные позволят исследователям сделать первые выводы о происхождении этих редких двойных систем и о том, как часто они сливаются.

«Гравитационные волны позволили нам обнаружить столкновения пар черных дыр и пар нейтронных звезд, но смешанное столкновение черной дыры с нейтронной звездой было неуловимым недостающим фрагментом семейной картины слияния компактных объектов», — сказал Чейз. Кимбалл, аспирант Северо-Запада, соавтор исследования.

«Завершение этой картины имеет решающее значение для ограничения множества астрофизических моделей образования компактных объектов и эволюции двойных систем. Этим моделям присущи их предсказания скорости слияния черных дыр и нейтронных звезд. Благодаря этим обнаружениям у нас, наконец, есть измерения скорости слияния по всем трем категориям компактных бинарных слияний ».

Команда наблюдала два новых гравитационных волновых события — получившие название GW200105 и GW200115 — 5 января 2020 г. и 15 января 2020 г., во второй половине третьего сеанса наблюдений детекторов LIGO и Virgo, получившего название O3b. Несмотря на то, что несколько обсерваторий провели несколько последующих наблюдений, ни одна из них не наблюдала свет ни от одного события, что соответствовало бы измеренным массам и расстояниям.

«После дразнящего открытия, о котором было объявлено в июне 2020 года, слияния черной дыры с загадочным объектом, который, возможно, является самой массивной нейтронной звездой из известных, также интересно обнаружение четко идентифицированных смешанных слияний, как и предсказывали наши ученые. теоретические модели на протяжении десятилетий », — сказал Калогера. «Количественное сопоставление ограничений скорости и свойств для всех трех типов населения будет мощным способом ответить на основополагающие вопросы происхождения».

Все три больших детектора (как LIGO, так и Virgo) обнаружили GW200115, который образовался в результате слияния черной дыры с массой 6 солнечных и нейтронной звезды с массой 1,5 солнечной, примерно в 1 миллиард световых лет от Земли. Наблюдая за тремя удаленными друг от друга детекторами на Земле, можно определить направление источника волн на часть неба, эквивалентную площади. покрыто 2900 полными лунами.

Всего 10 днями ранее LIGO обнаружила сильный сигнал от GW200105, используя только один детектор, в то время как другой был временно отключен. Пока Дева тоже наблюдала, сигнал был слишком тихим, чтобы Дева могла его обнаружить. По гравитационным волнам астрономы сделали вывод, что сигнал был вызван столкновением черной дыры массой 9 солнечных с компактным объектом массой 1,9 солнечной, который, в конечном итоге, был нейтронной звездой. Это слияние произошло на расстоянии около 900 миллионов световых лет от Земли.

Поскольку сигнал был сильным только в одном детекторе, астрономы не могли точно определить направление происхождения волн. Хотя сигнал был слишком тихим, чтобы Дева могла подтвердить его обнаружение, его данные помогли сузить потенциальное местоположение источника примерно до 17% всего неба, что эквивалентно площади покрыто 34 000 полных лун.