Дослідження незвичного випромінювання гравітаційних хвиль. Бінарна система, якої ніколи не бачили

Гравітаційні хвилі, записані інтерферометричними датчиками LIGO-Virgo, привели вчених до сліду небаченої таємничої бінарної системи — що містить чорну діру та ще один компактний, дев’ять разів легший предмет, який може бути як найлегшою виявленою чорною дірою, так і найважчою спостережуваною нейтронною зіркою. Така велика масова асиметрія системи створювала водночас унікальну можливість точно перевірити припущення загальної відносності. У дослідженні беруть участь польські вчені з різних центрів.

У науковому дослідженні, яке 23 червня 2020 року з’явилося в престижному журналі The Astrophysical Journal Letters, консорціум LIGO-Virgo описує деталі аналізу сигналу гравітаційної хвилі, позначеного GW190814. Цей сигнал був отриманий в серпні 2019 року в результаті злиття (з'єднання) двох масивних і дуже щільних об'єктів, що утворюють бінарну систему. Важкий компонент цієї системи мав масу в 23 рази більше маси Сонця. Ця маса характерна для популяції чорних дір, що спостерігаються в сигналах, зареєстрованих детекторами LIGO-Virgo. З іншого боку, легший об’єкт мав масу в межах від 2,5 до 3 сонячних мас.

Цей макет унікальний з двох причин. Перш за все, маса більш важкого предмета в дев'ять разів більша за масу легшого предмета, а це означає, що він є джерелом гравітаційних хвиль з найбільшою масовою асиметрією зареєстрованих досі. По-друге, підрахована маса легшого компонента цієї системи означає, що це або найважча нейтронна зірка, яку спостерігали на сьогодні, або найлегша спостерігається чорна діра.

Завдяки великій масовій асиметрії компонентів бінарної системи, яка її генерувала, сигнал GW190814 цілком підходить для проведення дуже жорстких випробувань загальної відносності в екстремальних умовах. Форма сигналу гравітаційної хвилі випливає безпосередньо з рівнянь Ейнштейна, так що будь-яке відхилення від моделі можна легко спостерігати. Крім того, сигнал GW190814 дозволив отримати найкращі на сьогоднішній день постійні вимірювання Хаббла, лише на основі аналізу гравітаційного хвильового сигналу.

зображення
Моделювання з'єднання двох масивних об'єктів, які випромінювали сигнал GW190814. Ілюстрація: Н. Фішер, Х. Пфайфер, А. Буонанно (Інститут гравітаційної фізики Макса Планка) [www.ligo.caltech.edu]

 

У цьому контексті було створено дослідження, що описує викиди GW190814, що було результатом великої співпраці понад тисячі вчених з усього світу, об'єднаних у консорціум LIGO-Діва — у тому числі шістнадцять з Польщі (що представляє, серед інших, Астрономічний центр імені Ніколая Коперніка та Національний центр ядерних досліджень). Троє з них працюють у NCBJ (проф. Анджей Крулак, інженер Адам Кутиня та д-р Адам Задрожний). Дослідники активно беруть участь у консорціумі LIGO-Діва з 2008 року, включаючи сигнали від обертових нейтронних зірок, багатопосередню астрономію та нові методи аналізу даних. Національний центр ядерних досліджень також сприяє побудові детектора гравітаційних хвиль Європейської Діви.

Перше безпосереднє виявлення гравітаційних хвиль було зроблено двома детекторами LIGO, розташованими в США — 14 вересня 2015 року (GW150914), під час першої кампанії спостереження після модернізації, що триває з 2010 року. Під час другої кампанії спостереження, під час якої європейський детектор Діви приєднався до вимірювань, детектори спостерігали сигнал GW170817, що надходить від впадіння бінарної системи нейтронних зірок. Окрім сигналу в гравітаційних хвилях, GW170817 спостерігали супровідне оптичне спалах. Під час третього циклу спостереження, що тривав у період з квітня 2019 року по березень 2020 року, сигнал GW190814 спостерігався, серед інших.

Наукові дані LIGO-Virgo доступні для незалежного аналізу для всіх, хто цікавиться (також ті, що стосуються сигналу GW190814) — їх можна прочитати на спеціальному веб-сайті. Існує пояснення, як знайти дані від детекторів, та посібник, що описує, як аналізувати дані на власному комп’ютері.

Джерело: LIGO-Caltech-MIT / NCBJ

Facebook Comments