|
Слияние черных дыр искажает пространство-время
|
|
|
|
Международная команда из Китая и Италии сообщила о возможном космическом повторении знаменательного открытия multi-messenger в 2017 году. В ноябре 2024 года обсерватории LIGO-Virgo-KAGRA обнаружили гравитационные волны от слияния двойной черной дыры, обозначенной как S241125n. Примечательно, что всего через несколько секунд спутники зафиксировали короткий гамма-всплеск (GRB) в том же районе неба.
|
|
|
|
Как правило, слияние двойных черных дыр не приводит к появлению электромагнитных аналогов. S241125n может быть очень редким гравитационно-волновым событием, которое было связано с гамма-всплесками на нескольких длинах волн, что выводит астрономию с несколькими мессенджерами на новый уровень. Хотя связь еще не установлена окончательно и потребует дальнейшего изучения, вероятность случайного совпадения представляется низкой, что делает результат статистически интригующим, но в то же время требует осторожности.
|
|
|
|
Редкое гравитационно-волновое событие с необычным электромагнитным спектром в процессе формирования
|
|
|
|
Гравитационные волны - это рябь в пространстве-времени, возникающая в результате бурных космических событий. Считалось, что столкновения с черными дырами для обычных телескопов являются "темными" и не излучают света. Однако событие 2024 года S241125n, похоже, опровергает это представление. Примерно через 11 секунд после гравитационно-волнового сигнала обсерватория НАСА Swift обнаружила короткое гамма-всплеск на том же участке неба, а вскоре после этого китайский новый спутник Einstein Probe обнаружил рентгеновское послесвечение в этом районе.
|
|
|
|
|
|
|
Ученые отмечают, что корреляция между гравитационно-волновым сигналом и гамма-всплеском вряд ли может быть простым совпадением. Совместный анализ команды, опубликованный в настоящее время в Astrophysical Journal, оценивает общую частоту ложных тревог примерно в одно событие за 30 лет наблюдений. "Эта оценка намеренно консервативна, и истинная вероятность случайного совпадения может быть еще ниже. Однако, в интересах научной строгости, мы пока не можем сделать окончательный вывод. Несмотря на это, это, безусловно, очень интригующее событие", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Интересно, что суммарная энергия, светимость и длительность действия этого источника подобны таковым у типичного коротковолнового гамма-всплеска. Однако показатели фотонов отличаются от таковых у обычного источника. Фотонный индекс мгновенного излучения более мягкий, чем у обычного, в то время как послесвечение более интенсивное, чем у обычного. Это означает, что у этого источника может быть особый механизм излучения или другой эффект распространения.
|
|
|
|
Экстремально удаленные и тяжелые черные дыры
|
|
|
|
Одним из поразительных аспектов S241125n является ее огромное расстояние. Гравитационные волны преодолели расстояние примерно в 4,2 миллиарда световых лет, чтобы достичь Земли (красное смещение z=0,73), что означает, что это столкновение произошло, когда Вселенная была значительно моложе. Эти черные дыры были необычайно массивными.
|
|
|
|
Анализ показывает, что объединившаяся пара имела суммарную массу, более чем в 100 раз превышающую массу Солнца, что делает их одними из самых крупных зарегистрированных слияний черных дыр звездной массы. Для сравнения, большинство слияний черных дыр, наблюдаемых LIGO, имеют суммарную массу в несколько десятков солнечных масс. Такое масштабное слияние является редким и интригующим, поскольку оно намекает на то, что каждая черная дыра сама по себе могла вырасти в результате более ранних слияний или экзотических процессов формирования.
|
|
|
|
Обнаружение слияния больших масс при z ~0,73 также позволяет предположить, что эти события можно наблюдать на огромных расстояниях. "Услышать" слияние черных дыр на расстоянии миллиардов световых лет и, возможно, увидеть вспышку от них - замечательное достижение современной астрофизики. Это ставит перед исследователями задачу объяснить, как пары черных дыр такого размера могут создавать электромагнитные фейерверки, чего нельзя ожидать в космическом вакууме.
|
|
|
|
Слияние в активном сердце галактики
|
|
|
|
Исследовательская группа, возглавляемая учеными из Китая (Китайский университет науки и техники, Шанхайская астрономическая обсерватория и Университет Нинбо) и Италии (Международный центр релятивистской астрофизики, Итальянский национальный институт астрофизики и Университет Феррары), предлагает смелое объяснение того, как столкновение с черной дырой может породить короткую гамма-вспышку.- луч взорвался. Они предполагают, что две черные дыры слились внутри плотного диска из газа и пыли, окружающего центральную сверхмассивную черную дыру галактики, - среды, известной как диск активного галактического ядра (AGN).
|
|
|
|
В этих оживленных ядрах галактик огромное количество вещества вращается вокруг центральной черной дыры, создавая естественную среду, "богатую топливом". Если внутри такого диска образуется двойная черная дыра, слияние происходит не изолированно, а в густом потоке материи.
|
|
|
|
Согласно модели команды, когда черные дыры слились, вновь образовавшаяся черная дыра получила мощный толчок (скорость отдачи) от асимметричного излучения гравитационной волны. Эта черная дыра, движущаяся теперь сквозь окружающий газ, быстро поглотила бы материал на своем пути. Скорость аккреции может быть Гиперэддингтоновской, намного превышающей нормальный предел, при котором черная дыра может стабильно поглощать материю.
|
|
|
|
По сути, слияние превратило черную дыру в прожорливый двигатель. Считается, что такая интенсивная аккреция в намагниченной среде запускает релятивистские струи, и энергия вращения вращающейся черной дыры приводит в действие двойные струи излучения и частиц, вылетающих наружу почти со скоростью света.
|
|
|
|
Когда струя проходила сквозь тяжелый диск AGN, в плотном газе возникали ударные волны. Первоначально энергия струи была сосредоточена внутри диска, что привело к термализации газа (представьте себе фотонную скороварку). Но когда струя, наконец, достигла поверхности диска, эти фотоны смогли улетучиться. Результат: вспышка высокоэнергетического излучения, вырвавшегося из ядра галактики.
|
|
|
|
По сути, утверждает команда, этот процесс привел бы к короткому гамма-всплеску, но не в результате слияния нейтронных звезд, как обычно, а в результате слияния черных дыр в необычной среде обитания. Такой "ударный выброс" из диска привел бы к комптонированному (термализованному) спектру гамма-излучения, который интригующе соответствует наблюдениям Свифта: быстрое излучение гамма-всплеска было необычно мягким (с низкой энергией фотонов) по сравнению с типичными короткими гамма-всплесками.
|
|
Новое окно в астрономию с использованием нескольких мессенджеров
|
|
|
|
Если эта связь между гравитационными волнами и гамма-всплесками подтвердится, это ознаменует новую эру изучения слияний черных дыр как "ушами", так и "глазами". До сих пор о слиянии двойных черных дыр было "слышно" только с помощью гравитационных волн; S241125n предполагает, что при особых условиях их также можно увидеть (в свете высокой энергии). Это предоставило бы богатые возможности для изучения условий окружающей среды вокруг сливающихся черных дыр и физики формирования струй в плотных средах. Такое двустороннее измерение может даже уточнить наши оценки космического расширения, используя это событие в качестве "стандартной сирены" (индикатора расстояния до гравитационной волны) с идентифицированным красным смещением галактики-хозяина.
|
|
|
|
Это событие также подчеркивает важность совместной работы нескольких мессенджеров: детекторы гравитационных волн уловили "звук" слияния, гамма- и рентгеновские телескопы зафиксировали его "вспышку", и вместе они рассказывают гораздо более полную историю, чем каждый из них по отдельности.
|
|
|
|
По мере того, как астрономическое сообщество будет тщательно изучать это событие, дополнительные данные могут еще больше подтвердить его правоту. Авторы предлагают поискать характерные признаки в гравитационно-волновом сигнале, такие как остаточный эксцентриситет орбиты из-за динамического окружения диска AGN. Они также выступают за проведение глубоких наблюдений за регионом, чтобы найти галактику-хозяина (вероятно, далекую галактику, в которой находится яркое AGN).
|
|
|
|
Таким образом, потенциальное обнаружение гамма-всплеска в результате слияния черных дыр является захватывающим и неожиданным событием. Это говорит о том, что при определенных обстоятельствах даже самые темные космические столкновения могут осветить Вселенную. Спустя семь лет после того, как была замечена первая гравитационная волна света, это событие, произошедшее на полпути через наблюдаемую Вселенную, с участием черных дыр массой более 100 солнечных масс, может стать нашим следующим многообещающим кандидатом в области астрономии с несколькими мессенджерами, предвещая новые способы изучения космоса.
|
|
|
|
Источник
|
