56.59
69.17
18 января 2018

Астрономы раскрыли тайну рождения «нобелевских» гравитационных волн

Наука 19.12.2017
Астрономы раскрыли тайну рождения «нобелевских» гравитационных волн
Вспышка гравитационных волн, пойманная обсерваторией LIGO в сентябре 2015 года, не могла возникнуть в результате образования пары черных дыр в недрах одной крупной звезды, заявляют астрономы в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Результаты наших расчетов показывают, что если пара черных дыр, породившая вспышку GW150914, возникла внутри недр одной и той же звезды, то тогда бы их слияние было бы более коротким, чем оно было на самом деле. "Узоры" реальных и виртуальных гравитационных волн начинают совпадать только тогда, если плотность "звезды" в нашей модели понижается до уровня вакуума", — рассказывает Джозеф Федроу (Joseph Fedrow) из университета Киото (Япония).
В сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 65 Солнц. Впоследствии, LIGO зафиксировал еще пять подобных событий, порожденных, за одним исключением, похожими слияниями крупных черных дыр.
Их открытие запустило новую серию больших споров среди ученых — как именно могли возникнуть подобные пары черных дыр и можно ли "увидеть" историю их образования в том, как происходит процесс их слияния.
Часть астрономов сегодня считает, что черные дыры в таких парах рождаются в одиночестве, и лишь через очень продолжительное время они встречаются с другим подобным объектом, сближаются с ним и сливаются. Подобная теория накладывает очень строгие ограничения на частоту таких слияний и место, где они могут происходить — фактически, такие пары черных дыр могут возникать только внутри сверхплотных шаровых скоплений на окраинах галактик.
Существует альтернативная теория, избавленная от подобных "недостатков". Ее сторонники полагают, что пары черных дыр могут формироваться в "один присест" во время смерти особо крупных звезд, чья масса превышает солнечную в 50-60 раз. На последних этапах жизни таких светил внутри них могут возникнуть аномально плотные области, которые заставят ее в буквальном смысле разорваться на части и превратиться в две нейтронных звезды или черных дыры.
В качестве доказательства правоты своих выкладок авторы этой идеи указывали на одну из главных загадок "нобелевской" вспышки гравитационных волн. Дело в том, что телескоп "Ферми", наблюдавший тогда за примерно той же частью небосвода, откуда пришли эти волны, зафиксировал слабую гамма-вспышку, возникшую примерно в то же время, что и всплеск GW150914.
Федроу и его коллеги проверили, могло ли это быть так на самом деле, создав компьютерную модель звезды массой в 60 Солнц, в теории способную породить пару черных дыр "нужной" массы. Наблюдая за формированием этих объектов и их последующим столкновением, ученые сравнивали полученные профили гравитационных волн с данными с LIGO и пытались сделать их идентичными.
Как оказалось, высокая плотность недр даже очень престарелых и "раздутых" звезд особым образом влияла на слияние черных дыр, заметно ускоряя этот процесс благодаря тому, что черные дыры будут замедлять свое движение, "цепляясь" за окружающий их сверхплотный газ. Как показывают расчеты ученых, длина вспышки сократится примерно в 1,5-3 раза в результате этого "торможения".
Благодаря этому гравитационные волны, порожденные такими черными дырами-"двойняшками", будут заметно отличаться по своему облику от тех волн, которые возникают в результате слияний одиночных черных дыр. При этом, ни один из сценариев, просчитанных Федроу и его коллегами, не похож на GW150914 и другие вспышки гравитационных волн, зафиксированные LIGO. Все это говорит о том, что совпадение гамма-вспышки и всплеска гравитационных волн было простой случайностью.
Как подчеркивают исследователи, отсутствие следов подобных "двойняшек" не обязательно говорит об их принципиальном отсутствии во Вселенной — шансы на это есть, но, как считают исследователи, они достаточно невелики. Дальнейшие наблюдения LIGO, ViRGO и новых детекторов гравитационных волн, по словам Федроу, помогут проверить, так ли это или нет.