Сеть гравитационно-волновых обсерваторий LIGO/Virgo объявила о детектировании всплеска гравитационных волн, соответственного событию слияния 2-ух чёрных дыр с массами 66 и 85 масс Солнца. В итоге образовалась чёрная дыра массой 142 солнечных. Это самая большая чёрная дыра, зарегистрированная с помощью сенсоров гравитационных волн, и она является первым открытым объектом новейшего класса — чёрных дыр промежной массы. Начальные чёрные дыры также находятся в ранее не наблюдавшемся спектре масс, и ранее предполагалось, что в этом спектре они не могут создаваться из мощных звёзд.
Гравитационные волны при коллапсе системы 2-ух звёзд.
Всплеск зафиксирован 21 мая 2019 года на всех трёх интерферометрах глобальной сети сенсоров гравитационных волн и получил обозначение GW190521. Выделившаяся в итоге слияния энергия эквивалентна восьми массам Солнца — это также рекорд для такового типа событий. Источник всплеска находится на расстоянии 5 гигапарсек — пока что это один из самых удалённых зарегистрированных источников гравитационных волн. Две работы группы LIGO/Virgo по результатам открытия размещены в начале сентября 2020 года и свободно доступны в Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.
Гравитационные волны (возмущения пространства-времени при движении тел с массой) пока удаётся зафиксировать при слиянии, либо гравитационном коллапсе, 2-ух мощных галлактических объектов. Это могут быть чёрные дыры, звёзды либо даже пары «звезда — чёрная дыра». Объекты в паре постоянно имеют некий вращательный момент и при слиянии под действием притяжения они закручиваются вокруг собственного центра тяжести с увеличивающейся скоростью. Общая теория относительности предвещает, что такое движение с неравномерным убыстрением приводит к излучению части энергии в виде гравитационных волн аналогично тому, как передвигающийся с убыстрением электронный заряд испускает электромагнитные волны (явление, знакомое в быту: на этом принципе работают кинескопы и рентгеновские трубки). Но гравитационное взаимодействие намного слабее электромагнитного. Потому таковой механизм работает до этого всего для малогабаритных систем, к примеру, пары близких нейтронных звёзд, которые могут коллапсировать за разумное время — в течение нескольких миллионов лет. Обыденные парные звёздные системы теряют энергию по этому сценарию очень медлительно. К примеру, мощность гравитационного излучения системы «Солнце — Юпитер» обязана составить около 5 Вт — несравненно меньше по сопоставлению с энергией пары; такие утраты нереально зафиксировать инструментально.
Сенсор гравитационных волн LIGO.
В первый раз в истории науки гравитационный импульс был зафиксирован в сентябре 2015 года (официальное заявление коллаборации LIGO о открытии изготовлено позднее, в начале 2016 года). О том, что это конкретно импульс гравитационной волны от удалённого источника, гласит его фиксация сразу на 2-ух сенсорах проекта LIGO (Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory), размещённых далековато друг от друга — поблизости городков Ливингстон и Хэнфорд на юге и севере США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке). Источником этого первого всплеска было слияние 2-ух чёрных дыр массой около 30 масс Солнца на расстоянии 400 мегапарсек, и сенсор изловил крайние 5 оборотов данной для нас системы перед слиянием. В процессе столкновения чёрных дыр выделилась энергия, эквивалентная трём солнечным массам. За открытие гравитационных волн в 2017 году присуждена Нобелевская премия по физике.
На сей день сенсоры гравитационных волн работают по одному принципу. Они имеют два длинноватых перпендикулярных друг дружке «плеча» (4 км для LIGO, 3 км для Virgo) с буквально контролируемой длиной. При прохождении гравитационной волны их длины незначительно меняются, что можно измерить, пустив вдоль их два лазерных импульса (один и этот же импульс, разделённый системой зеркал) и следя их результирующую интерференцию. Такие колебания могут вызываться чем угодно, включая транспорт и погоду, потому нужный минимум для наблюдений — наличие 2-ух таковых сенсоров в географически удалённых друг от друга точках. Гласить о гравитационном «событии» можно лишь при условии одновременной его фиксации на обоих инструментах.
Принцип детектирования гравитационных волн.
Потом на сенсорах коллабораций LIGO и его евро аналога Virgo в Италии нашли на сейчас около полутора 10-ов таковых «подтверждённых» всплесков плюс ещё несколько 10-ов событий-кандидатов либо событий на пределе детектирования. О локализации таковых событий пока речи не идёт — обычно удаётся в наилучшем случае установить направление на объект с точностью до созвездия. А самый 1-ый открытый в 2015 году всплеск совершенно локализуется как «приблизительно в южном небе». Недавнешний всплеск GW190521 в особенности увлекателен из-за предполагаемых масс участвующих чёрных дыр. Теоретические модели эволюции мощных звёзд предвещают, что чёрные дыры с массой в спектре от около 65 до 135 масс Солнца (M☉) в малогабаритных двойных звёздных системах не могут сформироваться в итоге коллапса звезды — очень мощные звёзды взрываются как Сверхновые, оставляя лишь растерянный межзвёздный газ и пыль. Один из 2-ух объектов массой 85 солнечных как раз находится в этом интервале. Это влечёт либо необходимость пересмотра моделей звёздной эволюции, либо принятие остальных сценариев появления чёрных дыр. В частности, это быть может «ступенчатый» сценарий: дыра с массой 85 M☉ сама появляется в итоге слияния чёрных дыр наименьшей массы либо даже 2-ух мощных звёзд. Но в этом случае необходимо представить, что есть плотные звёздные области со обилием таковых объектов, где действия слияния происходят довольно нередко.
Конечная стадия звёздной эволюции — чёрные дыры и нейтронные звёзды разной массы (в M☉), открытые в электромагнитном спектре (EM) и с помощью гравитационных волн (LIGO-Virgo).
Масса результирующего объекта 142 M☉ — больше, чем все открытые до сего времени чёрные дыры этого типа. Такое событие может стать важной находкой для астрологов. Ранее обнаруженные и наблюдаемые по разным косвенным признакам чёрные дыры чётко делились на два «класса» размеров. На одном конце диапазона были чёрные дыры размером в несколько (до 100) солнечных масс, именуемые «чёрными дырами звёздной массы» — это объекты, образующиеся, в частности, как конечная стадия эволюции части весьма мощных звёзд. Возможно, их довольно много — значимая толика от полного количества звёзд, но их труднее найти. Наиблежайшая из таковых не так давно открытых чёрных дыр находится в 1000 световых годах от Галлактики (про это есть недавняя статья). С иной стороны — «сверхмассивные чёрные дыры» массой в млрд масс Солнца, которые нередко являются центром галактик. В почти всех галактиках, включая нашу, есть такие объекты, а в неких их быть может две либо даже три (см. отдельную статью; считается, что такие образования получаются в процессе слияния 2-ух либо трёх отдельных галактик со своими чёрными дырами). 1-ая «фото» чёрной дыры, приобретенная в 2019 году, точнее, изображение её аккреционного диска (структуры, вызванной закручиванием растерянного материала, к примеру, межзвёздного газа, вокруг громоздкого объекта в процессе падения на него) — это комбинированный снимок в спектре радиоволн конкретно такового объекта в центре одной из галактик — M87.
Частотно-временные диаграммы действия GW190521 на трёх гравитационных сенсорах. Из R. Abbott et al., Phys. Rev. Lett. 125, 101102 (2020).
Разделение чёрных дыр на два «класса», быстрее всего — артефакт из-за способностей астрономии и применяемых способов наблюдений. Чёрные дыры промежной массы, другими словами в спектре от 100 до 100 тыщ масс Солнца предположительно должны встречаться в существенном количестве, но найти их не удавалось. Рассматриваются несколько сот таковых объектов (к примеру, см. мартовское сообщение центра Годдарда NASA), но пока они ещё числятся неподтверждёнными кандидатами. Предполагается, что они могут существовать и в неких шаровых звёздных скоплениях, включая относительно близкое такое скопление — спутник наиблежайшей большой галактики Андромеда. Но GW190521 — 1-ое событие, в котором таковой объект найден прямым наблюдением.
Может быть, сверхмассивные чёрные дыры в центре галактик тоже образуются в итоге поочередного слияния огромного количества дыр различного происхождения, от звёздных до пока таковых малоизвестных объектов промежной массы.
Численное моделирование слияния 2-ух чёрных дыр для действия GW190521. N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration.