LIGO (США) и VIRGO (Италия) являются крупнейшими в мире детекторами гравитационных волн. Они обнаруживают их с помощью лазерной интерферометрии. Конкретно говоря, два очень массивных объекта, приближающихся друг к другу в пространстве, создают пульсации в ткани пространства-времени. Эти пульсации непрерывно распространяются по космосу, иногда достигая нашей планеты. Если это так, то эти волны будут попеременно сжимать и растягивать все, чего они коснутся, включая свет от мощных лазеров, разделяющих специальные зеркала в детекторах. Эти эффекты невероятно тонкие, но они выдают прохождение гравитационных волн.
В сентябре 2015 года эти два инструмента обнаружили первые пульсации в ткани пространства-времени: сигналы, порожденные слиянием двух черных дыр. С тех пор было зафиксировано больше событий, поскольку чувствительность приборов была усовершенствована. В одних случаях речь шла о других черных дырах, в других — о нейтронных звездах. Но как насчет пар черных дыр и нейтронных звезд?
Астрономы давно подозревали о существовании таких событий, но до сих пор слияния с участием этих двух типов невероятно массивных объектов ускользали от нас. А без прямых доказательств подтвердить эти догадки было невозможно.
Первое обнаружение слияния нейтронной звезды с черной дырой произошло 5 января 2020 года. Установка LIGO в Хэнфорде, штат Вашингтон, в это время была временно отключена, но сигнал можно было обнаружить с установки в Ливингстоне, штат Луизиана. Детектор VIRGO в Италии также обнаружил слабый сигнал.
Затем, десять дней спустя, они обнаружили второе подобное событие, произведенное в другой области. Хэнфордская площадка, на этот раз действующая, также заметила слияние. «Это первый случай, когда мы смогли обнаружить столкновение нейтронной звезды и черной дыры в любой точке Вселенной«, — сказал Патрик Брэди из Университета Висконсин-Милуоки и представитель коллаборации LIGO.
Об этих «больших открытиях» сообщается в статье, опубликованной во вторник в журнале .
Анализируя изменения частоты гравитационных волн, астрофизики смогли определить свойства этих сталкивающихся объектов.
В первом, чуть более отдаленном событии, черная дыра была в 7,4-10,1 раза массивнее Солнца, а нейтронная звезда — примерно в два раза массивнее. Столкновение произошло на расстоянии около 900 миллионов световых лет от Земли. Во втором событии участвовала черная дыра от 3,6 до 7,5 раз массивнее Солнца и нейтронная звезда примерно в 1,5 раза массивнее.
Что касается того, как эти системы образуются, исследователи все еще задаются вопросом. Возможно, что в этих бинарных парах когда-то участвовали не две звезды, вращающиеся друг вокруг друга с достаточной массой. В конце жизни более массивная из них превратилась в черную дыру, а другая оставила после себя нейтронную звезду.
В качестве альтернативы можно предположить, что эти нейтронные звезды и черные дыры формировались по отдельности, а затем дрейфовали навстречу друг другу, образуя бинарную систему. Такой тип сближения более вероятен в шаровых скоплениях, где плотность звезд гораздо выше, отмечают авторы.
Будущие открытия других слияний должны пролить свет на эту тему для астрофизиков. В настоящее время установка VIRGO проходит модернизацию, которая повысит ее чувствительность. Следующий раунд наблюдений LIGO и VIRGO, как ожидается, начнется не ранее июня 2022 года.