Ученые подтвердили первое столкновение черных дыр и нейтронных звезд

В новом исследовании, подтверждающем это первое в мире наблюдение, исследователи подробно описывают обнаружение гравитационных волн, возникающих в результате двух отдельных и разных слияний нейтронной звезды и черной дыры, каждое из которых зарегистрировано астрономами с разницей в 10 дней в январе 2020 года.

"Это потрясающая веха для зарождающейся области гравитационно-волновой астрономии", - говорит астрофизик Рори Смит из Центра передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav) в Университете Монаша.

"Нейтронные звезды, сливающиеся с черными дырами, являются одними из самых экстремальных явлений во Вселенной. Наблюдение за этими столкновениями открывает новые возможности для изучения фундаментальной физики, а также того, как звезды рождаются, живут и умирают".

Практически одновременное открытие двух событий - GW200105 и GW200115 - говорит о скорости, с которой развивается наука о гравитационных волнах.

Всего за полвека с момента первого подтвержденного открытия гравитационных волн исследователи обнаружили эти волны в  десятках событий - в общей сложности около 50 отдельных случаев столкновения черных дыр с другими черными дырами или столкновения нейтронных звезд с другими нейтронными звездами.

Но до сих пор "смешанное" столкновение, представляющее слияние нейтронной звезды с черной дырой, называемое двойной NSBH, никогда не подтверждалось, хотя ученые ранее улавливали сигналы, которые потенциально предполагали наличие такой нейтронной звезды и черной дыры.

"В январе 2020 года детекторная сеть LIGO-Virgo наблюдала гравитационно-волновые сигналы от двух компактных двойных спиралей, которые согласуются с двойными системами нейтронная звезда и черная дыра", - объясняют исследователи из международных коллабораций LIGO, Virgo и Kagra в новом исследовании.

"Это первые на сегодняшний день достоверные наблюдения двойных звезд NSBH с помощью любых средств наблюдения".

Первое событие, GW200105, было зарегистрировано 5 января 2020 года, когда черная дыра (примерно в девять раз больше массы Солнца или 8,9 массы Солнца) столкнулась с нейтронной звездой с массой 1,9 солнечной.

Это столкновение произошло около 900 миллионов лет назад, хотя мы только что обнаружили гравитационные волны, исходящие от двух сливающихся объектов.

GW200115, обнаруженный 15 января 2020 года, еще более древний, возник, когда двойная система NSBH объединилась около 1 миллиарда лет назад в результате слияния черной дыры с массой 6 солнечных масс и нейтронной звезды с массой 1,5 солнечной.

"Эти столкновения потрясли Вселенную до основания, и мы обнаружили волны, которые они послали в космос", - говорит астрофизик Сьюзан Скотт из Австралийского национального университета (ANU).

"Каждое столкновение - это не просто соединение двух массивных и плотных объектов. Это действительно похоже на Pac-Man, когда черная дыра целиком поглощает свою нейтронную звезду".

Существование этих двойных систем предсказывалось десятилетиями, но никогда ранее не наблюдалось. Теперь, благодаря обнаружению гравитационных волн от их столкновений, мы знаем, что эти пары действительно существуют, хотя многие вопросы все еще остаются.

"Теперь мы видели первые примеры слияния черных дыр с нейтронными звездами, поэтому мы знаем, что они там", - говорит астроном по гравитационным волнам Майя Фишбах из Северо-Западного университета.

"Но мы все еще так много не знаем о нейтронных звездах и черных дырах - насколько они могут стать маленькими или большими, с какой скоростью они могут вращаться, как они объединяются в партнеров по слиянию. С будущими данными о гравитационных волнах у нас будет статистики, чтобы ответить на эти вопросы и, в конечном итоге, узнать, как создаются самые экстремальные объекты в нашей Вселенной".