Давным-давно в двух галактиках на расстоянии около 900 миллионов световых лет две черные дыры поглотили своих спутников нейтронных звезд, вызвав гравитационные волны, которые, наконец, достигли Земли в январе 2020 года.
Обнаруженные международной группой астрофизиков, в том числе исследователями Северо-Западного университета, два события, обнаруженных с разницей всего в 10 дней, стали первым в истории обнаружением слияния черной дыры с нейтронной звездой. Полученные данные позволят исследователям сделать первые выводы о происхождении этих редких двойных систем и о том, как часто они сливаются.
Исследование будет опубликовано в Astrophysical Journal Letters. В команду входили исследователи из LIGO Scientific Collaboration (LSC), Virgo Collaboration и проекта Детектор гравитационных волн Камиока (KAGRA).
Команда наблюдала два новых гравитационно-волновых события, получивших название GW200105 и GW200115, 5 января 2020 года и 15 января 2020 года во второй половине третьего сеанса наблюдений детекторов LIGO и Virgo под названием O3b. Несмотря на то, что несколько обсерваторий провели несколько последующих наблюдений, ни одно из них не дало дополнительной информации.
Все три больших детектора (как инструменты LIGO, так и инструмент Virgo) обнаружили GW200115, который образовался в результате слияния черной дыры с массой 6 солнечных и нейтронной звезды с массой 1,5 солнечной, примерно в 1 миллиард световых лет от Земли. Наблюдая за тремя удаленными друг от друга детекторами на Земле, можно определить направление происхождения волн на часть неба, эквивалентную площади, покрытой 2900 полными лунами.
Всего 10 днями ранее LIGO обнаружила сильный сигнал от GW200105, используя только один детектор, в то время как другой был временно отключен. По гравитационным волнам астрономы сделали вывод, что сигнал был вызван столкновением черной дыры массой 9 солнечных с компактным объектом массой 1,9 солнечной, который, в конечном итоге, был нейтронной звездой. Это слияние произошло на расстоянии около 900 миллионов световых лет от Земли.
Поскольку сигнал был сильным только в одном детекторе, астрономы не могли точно определить направление происхождения волн. Хотя сигнал был слишком тихим, чтобы Дева могла подтвердить его обнаружение, его данные помогли сузить потенциальное местоположение источника до примерно 17% всего неба, что эквивалентно области, покрытой 34000 полных лун.
Поскольку эти два события являются первыми достоверными наблюдениями гравитационных волн от черных дыр, сливающихся с нейтронными звездами, исследователи теперь могут оценить, как часто такие события происходят во Вселенной. Хотя не все события поддаются обнаружению, исследователи ожидают, что примерно одно такое слияние в месяц происходит на расстоянии до одного миллиарда световых лет.
Хотя неясно, где образуются эти двойные системы, астрономы определили три вероятных источника: звездные двойные системы, плотное звездное окружение, включая молодые звездные скопления, и центры галактик. В настоящее время команда готовит детекторы к четвертому запуску наблюдений, который начнется летом 2022 года.