Undele gravitaționale dezvăluie „obiect misterios” care fuzionează cu o stea neutronică

minte decalajul –

Așa-numitul „decalaj de masă” ar putea fi mai puțin gol decât credeau fizicienii anterior.

Colaborarea LIGO/VIRGO/KAGRA caută în univers unde gravitaționale produse de fuziunea găurilor negre și a stelelor neutronice. Acum a anunțat detectarea unui semnal care indică o fuziune între două obiecte compacte, dintre care unul are o masă intermediară neobișnuită – mai grea decât o stea neutronică și mai ușoară decât o gaură neagră. Colaborarea a oferit specificul analizei lor asupra fuziunii și a „obiectului mister” într-un manuscris nefinalizat postat pe fizica arXiv, sugerând că obiectul ar putea fi o gaură neagră de masă foarte mică.

LIGO detectează unde gravitaționale prin interferometrie laser, folosind lasere de mare putere pentru a măsura mici modificări ale distanței dintre două obiecte poziționate la kilometri distanță. LIGO are detectoare în Hanford, statul Washington și în Livingston, Louisiana. Un al treilea detector în Italia, FECIOARĂ avansată, a apărut online în 2016. În Japonia, KAGRA este primul detector de unde gravitaționale din Asia și primul care a fost construit în subteran. Construcția LIGO-India a început în 2021, iar fizicienii se așteaptă că va porni cândva după 2025.

Până în prezent, colaborarea a detectat zeci de evenimente de fuziune de la prima sa Descoperire câștigătoare a Premiului Nobel. Fuziunile detectate timpuriu au implicat fie două găuri negre, fie două stele neutronice, dar în 2021, LIGO/VIRGO/KAGRA a confirmat detectarea a două fuziuni „mixte” separate între găurile negre și stele neutronice.

Majoritatea obiectelor implicate în fuziunile detectate de colaborare se împart în două grupe: găuri negre cu masă stelară (de la câteva mase solare la zeci de mase solare) și găuri negre supermasive, precum cea din mijlocul galaxiei noastre Calea Lactee ( variind de la sute de mii la miliarde de mase solare). Primele sunt rezultatul stelelor masive care mor într-o supernova de colaps al miezului, în timp ce procesul de formare al celor din urmă rămâne un mister. Intervalul dintre cea mai grea stea neutronică cunoscută și cea mai ușoară gaură neagră cunoscută este cunoscut sub numele de „decalajul de masă” în rândul oamenilor de știință.

Au mai existat indicii de unde gravitaționale de obiecte compacte care se încadrează în decalajul de masă. De exemplu, ca raportate anteriorîn 2019, LIGO/FECIOARĂ ridicat un semnal gravitațional de la o fuziune a unei găuri negre numită „GW190521”, care produs cel mai semnal energetic detectat până acum, apărând în date mai mult ca un „buc” decât „ciripitul” obișnuit. Și mai ciudat, cele două găuri negre care s-au fuzionat au fost blocate pe o orbită eliptică (mai degrabă decât circulară), iar axele lor de rotație au fost înclinate mult mai mult decât de obicei în comparație cu acele orbite. Iar noua gaură neagră rezultată în urma fuziunii avea o masă intermediară de 142 de mase solare – chiar în mijlocul decalajului de masă.

În același an, colaborarea detectat alt semnal, GW 190814, o fuziune binară compactă care implică un obiect misterios care a intrat și în decalajul de masă. Fără niciun semnal electromagnetic corespunzător care să însoțească semnalul undei gravitaționale, astrofizicienii nu au putut determina dacă acel obiect era o stea neutronică neobișnuit de grea sau o gaură neagră deosebit de ușoară. Și acum avem un nou obiect misterios în decalajul de masă într-un eveniment de fuziune numit „GW 230529”.

„În timp ce dovezile anterioare ale obiectelor cu decalaj de masă au fost raportate atât în ​​unde gravitaționale, cât și în cele electromagnetice, acest sistem este deosebit de interesant, deoarece este prima detectare a undelor gravitaționale a unui obiect cu decalaj de masă asociat cu o stea neutronică.” a spus coautorul Sylvia Biscoveanu de la Universitatea Northwestern. „Observarea acestui sistem are implicații importante atât pentru teoriile evoluției binare, cât și pentru omologii electromagnetici ai fuziunilor de obiecte compacte.”

LIGO/VIRGO/KAGRA și-a început a patra rundă de observare în primăvara anului trecut și a preluat în curând semnalul GW 230529. Oamenii de știință au stabilit că unul dintre cele două obiecte care fuzionează avea o masă între 1,2 și 2 ori mai mare decât masa soarelui nostru – cel mai probabil o stea neutronică – în timp ce masa celuilalt a scăzut în intervalul de 2,5 până la 4,5 ori masa soarelui nostru. . Ca și în cazul lui GW 190814, nu au existat explozii de radiație electromagnetică însoțitoare, așa că echipa nu a reușit să identifice în mod concludent natura obiectului misterios mai masiv situat la aproximativ 650 de milioane de ani lumină de Pământ, dar ei cred că este probabil un nivel scăzut. – gaură neagră în masă. Dacă da, descoperirea implică o creștere a ratei așteptate de fuziune stea neutronică-găură neagră cu omologii electromagnetici, potrivit autorii.

„Înainte de a începe să observăm universul în unde gravitaționale, proprietățile obiectelor compacte, cum ar fi găurile negre și stelele cu neutroni, au fost deduse indirect din observațiile electromagnetice ale sistemelor din Calea Lactee.” a spus coautorul Michael Zevin, astrofizician la Planetariul Adler. „Ideea unui decalaj între stele neutronice și masele găurilor negre, o idee care există de un sfert de secol, a fost condusă de astfel de observații electromagnetice. GW230529 este o descoperire interesantă, deoarece sugerează că acest „decalaj de masă” este mai puțin gol decât credeau astronomii anterior, ceea ce are implicații pentru exploziile de supernove care formează obiecte compacte și pentru potențialele spectacole de lumină care apar atunci când o gaură neagră sfâșie o stea neutronică. .”

arXiv, 2024. DOI: 10.48550/arXiv.2404.04248 (Despre DOI).