Обнаружено столкновение чёрной дыры с очень странным объектом

Меньше года назад учёные сообщили о первом столкновении нейтронной звезды с чёрной дырой. Но истина может оказаться ещё более захватывающей.

Один из “участников ДТП” – обычная чёрная дыра массой 22-24 солнечных. А вот второй может оказаться не просто нейтронной звездой, а самой массивной нейтронной звездой в истории наблюдений, неуловимым объектом, который астрономы искали десятилетиями. А может быть, это чёрная дыра, и тогда она, наоборот, самая лёгкая в истории наблюдений. Ко всему прочему исследователи пока не могут сказать, как образовалась пара с такими разными массами.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters.

Напомним, что всплеск гравитационных волн GW190814 наблюдался 14 августа 2019 года всеми действующими детекторами: тандемом LIGO и инструментом VIRGO.

Один из участников столкновения был классифицирован как чёрная дыра, а второй – как нейтронная звезда. Это стало сенсацией: никогда ранее астрономы не наблюдали столкновения нейтронной звезды с чёрной дырой (с тех пор таких событий найдено уже несколько).

Небесное тело, балансирующее на самой грани между чёрной дырой и нейтронной звездой, оказалось настоящим подарком астрономам.

Иллюстрация LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC).

Теперь же учёные точнее оценили массу этих объектов. Расчёты подтвердили, что один из них – чёрная дыра массой 22-24 Солнца. А вот второй имеет массу 2,5-2,67 солнечной, и вот это уже очень интересно.

Дело в том, что все или почти все известные нейтронные звёзды тяжелее Солнца не более чем в 2,5 раза. С другой стороны, самые лёгкие достоверно известные чёрные дыры массивнее пяти солнц. Область между 2,5 и 5 солнечными массами известна как разрыв в массах. В течение десятилетий астрофизики задавались вопросом, попадают ли в этот диапазон какие-нибудь небесные тела.

Согласно расчётам теоретиков, ответ, скорее всего, должен быть отрицательным. И вот теперь такой объект внезапно был найден.

“Разрыв в массах был интересной загадкой на протяжении десятилетий, и теперь мы обнаружили объект, который находится прямо в нём, – заявляет Педро Марронетти (Pedro Marronetti) , директор программы по гравитационной физике в Национальном научном фонде США, не принимавший участия в исследовании. – Это невозможно объяснить, не бросая вызов нашему пониманию чрезвычайно плотной материи или того, что мы знаем об эволюции звёзд”.

Исследователи пока не могут точно сказать, является ли второй участник “космического ДТП” самой тяжёлой известной нейтронной звездой или самой лёгкой чёрной дырой. Впрочем, в обоих случаях он останется уникальным.

“Слияния смешанной природы – чёрных дыр с нейтронными звёздами – предсказывались на протяжении десятилетий. Но этот компактный объект из разрыва в массах является полной неожиданностью”, – признаётся соавтор статьи Вики Калогера (Vicky Kalogera) из Северо-Западного университета в США.

Но и на этом экзотика не заканчивается. Один из участников столкновения был тяжелее другого в девять раз. Это соотношение масс является самым экстремальным за всю историю наблюдения гравитационных волн (а в последние годы гравитационные всплески наблюдаются довольно часто). Оно оставляет далеко позади предыдущего рекордсмена GW190412 (тогда одна из столкнувшихся чёрных дыр оказалась вчетверо массивнее другой).

Специалистам пока трудно сказать, как могла образоваться подобная пара. У них есть гипотезы, но ни одна из них не объясняет всех полученных данных.

“В рамках сегодняшних теоретических моделей сложно получить объединяющиеся пары компактных объектов с таким экстремальным отношением масс, при котором партнёр с малой массой находится в разрыве в массах”, – объясняет Калогера.

Похоже, что огромная чёрная дыра просто проглотила нейтронную звезду целиком. Это, кстати, объяснило бы, почему телескопы разных диапазонов не обнаружили на месте столкновения никакой вспышки.

“Это захватывающее и беспрецедентное открытие в сочетании с уникальным соотношением масс участников слияния ставит под вопрос все астрофизические модели, призванные пролить свет на происхождение этого события”, – утверждает соавтор статьи Марио Спера (Mario Spera), также из Северо-Западного университета.

Массы чёрных дыр и нейтронных звёзд по данным разных наблюдений. ЭМ – наблюдения в электромагнитных волнах, ГВ – наблюдения гравитационных волн. Перевод Вести.Ru.

Иллюстрация LIGO-Virgo/Northwestern U./Frank Elavsky, Aaron Geller.

Насколько распространены во Вселенной слияния чёрных дыр с объектами “пограничной” массы? Авторы статьи предложили свою оценку, основанную на данных о том, сколько времени понадобилось существующим детекторам гравитационных волн, чтобы сделать первое такое открытие.

Получилось, что в одном кубическом гигапарсеке космоса (а это примерно 35 миллиардов кубических световых лет) подобный катаклизм случается от одного до 23 раз в год. Для сравнения: ближайшая к Млечному Пути большая галактика находится всего в 2,5 миллиона световых лет от нас. Так что астрономам повезло запечатлеть действительно редкое событие.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о ещё одном объекте, попадающем в “разрыв в массах”. Правда, он не участвовал в столкновении небесных тел, а наоборот, стал продуктом такого катаклизма. Астрономы расходятся во мнениях, является ли он нейтронной звездой или чёрной дырой.

Текст:

Вести.Наука