|
Щебетание черных дыр происходит в двух диапазонах частот
|
|
|
|
Они таинственны, волнуют и неизбежны — черные дыры — одни из самых экзотических объектов во Вселенной. С помощью детекторов гравитационных волн можно обнаружить чирп-звук, который издают две черные дыры при слиянии. На сегодняшний день обнаружено около 70 таких чирпов. Группа исследователей из Гейдельбергского института теоретических исследований (HITS) теперь предсказывает, что в этом «океане голосов» щебетание преимущественно происходит в двух универсальных частотных диапазонах. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters. Открытие гравитационных волн в 2015 году — уже постулированное Эйнштейном 100 лет назад — привело к Нобелевской премии по физике 2017 года и положило начало заре гравитационно-волновой астрономии.
|
|
|
|
Когда две черные дыры звездной массы сливаются, они излучают гравитационные волны с возрастающей частотой, так называемый чирп-сигнал, который можно «услышать» на Земле. Наблюдая за этой эволюцией частоты (чирпом), ученые могут вывести так называемую «массу щебета», математическую комбинацию двух отдельных масс черной дыры. До сих пор предполагалось, что сливающиеся черные дыры могут иметь любую массу. Однако модели команды предполагают, что некоторые черные дыры имеют стандартную массу, что приводит к универсальному щебетанию. «Существование универсальных масс щебета не только говорит нам о том, как формируются черные дыры, — говорит Фабиан Шнайдер, руководитель исследования в HITS, — его также можно использовать для вывода о том, какие звезды взрываются сверхновыми». Кроме того, он дает представление о механизме сверхновых, неопределенной ядерной и звездной физике и предоставляет ученым новый способ измерения ускоренного космологического расширения Вселенной.
|
|
|
Черные дыры звездной массы с массой примерно в 3–100 раз больше нашей массы Солнца являются конечными точками массивных звезд, которые не взрываются сверхновыми, а коллапсируют в черные дыры. Прародители черных дыр, которые приводят к слияниям, первоначально рождаются в двойных звездных системах и испытывают несколько эпизодов обмена массой между компонентами: в частности, обе черные дыры происходят от звезд, у которых были сорваны их оболочки. «Снятие оболочки имеет серьезные последствия для окончательной судьбы звезд. Например, звездам становится легче взорваться в виде сверхновой, а также это приводит к массе универсальных черных дыр, как теперь предсказывают наши симуляции», — говорит Филипп Подсядловски из Оксфорда. университета, второй автор исследования и в настоящее время приглашенный профессор Клауса Чира в HITS.
|
|
|
|
«Звездное кладбище» — совокупность всех известных масс нейтронных звезд и остатков черных дыр массивных звезд — быстро растет благодаря все возрастающей чувствительности детекторов гравитационных волн и непрекращающимся поискам таких объектов. В частности, кажется, что существует разрыв в распределении чирповых масс сливающихся двойных черных дыр, и появляются доказательства существования пиков примерно при восьми и четырнадцати солнечных массах. Эти особенности соответствуют универсальным щебетам, предсказанным командой HITS. «Любые особенности в распределении масс черных дыр и щебетов могут многое рассказать нам о том, как образовались эти объекты», — говорит Ева Лаплас, третий автор исследования.
|
|
|
|
С момента первого открытия сливающихся черных дыр стало очевидно, что существуют черные дыры с гораздо большей массой, чем обнаруженные в нашем Млечном Пути. Это прямое следствие того, что эти черные дыры произошли от звезд, рожденных с химическим составом, отличным от состава нашей Галактики Млечный Путь. Команда HITS смогла теперь показать, что независимо от химического состава звезды, которые в тесных двойных системах теряют оболочку, образуют черные дыры с массой меньше девяти и больше 16 солнечных, но почти ни одной промежуточной. При слиянии черных дыр универсальные массы черных дыр примерно в девять и 16 солнечных масс логически подразумевают универсальные массы щебета, то есть универсальные звуки.
|
|
|
|
«Когда я обновлял свою лекцию по гравитационно-волновой астрономии, я понял, что гравитационно-волновые обсерватории обнаружили первые намеки на отсутствие чирповых масс и избыток в точности универсальных масс, предсказанных нашими моделями», — говорит Фабиан Шнайдер. «Поскольку количество наблюдаемых слияний черных дыр все еще довольно мало, пока не ясно, является ли этот сигнал в данных просто статистической случайностью или нет». Каким бы ни был результат будущих наблюдений за гравитационными волнами: результаты будут захватывающими и помогут ученым лучше понять, откуда берутся поющие черные дыры в этом океане голосов.
|
|
|
|
Источник
|
