Интересные факты

Всего одно слияние нейтронных звезд — и пять невероятных вопросов

17 августа Земли достигли будто световые, так и гравитационно-волновые сигналы слияния нейтронных звезд. Впервой в истории пара сигналов была зарегистрирована людьми. Фаза спирального кружения наблюдалась детекторами LIGO и Virgo в течение 30 секунд — в 100 один дольше, чем предыдущие гравитационно-волновые сигналы. Также этот сигнал стал самым ближайшим из всех, что мы видели, итого в 130 миллионах световых лет от нас. В то пора как обсерватории извлекали из сигналов огромное число информации, возникла новая задача: повергнуть все это к теоретической осмысленности.

Условно говоря, мы услышали звон, однако не знаем, где он.

Итан Зигель сел с Крисом Фрайром из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, специалистом по сверхновым, нейтронным звездам и гамма-лучевым всплескам, какой работает над теоретической стороной этих объектов и событий. Никто не ожидал, что LIGO и Virgo смогут зарегистрировать слияние на таком раннем этапе проекта, итого через два года после первой успешной регистрации и задолго до достижения запланированной чувствительности. Однако они не только увидели сигналы, однако и смогли точно обозначить их ключ, место слияния, что принесло нам кучу сюрпризов.

Вот пять самых больших новых вопросов, которые поднимает открытие.

Будто часто протекают слияния нейтронных звезд?

До того будто мы наблюдали это событие, у нас было два способа оценки частоты слияний нейтронных дыр: измерения двойных нейтронных звезд в нашей галактике (будто от пульсаров) и наши теоретические модели образования звезд, сверхновых и их останков. Все это дает нам оценку — порядка 100 таких слияний происходит ежегодно в пределах кубического гигапарсека космоса.

Наблюдение нового события обеспечило нам первую наблюдаемую оценку частоты сияний, и она в десять один больше ожидаемого. Мы думали, что нам понадобится LIGO, достигшая предела чувствительность (сейчас она на полпути), чтоб увидеть хоть что-то, а затем еще и три дополнительных детектора для точного определения места. А нам удалось не лишь рано увидеть его, однако и локализовать с первой же попытки. Итак, проблема: нам просто повезло увидать это событие или же частота таковых подлинно намного выше, чем мы думали? Если выше, в чем тогда ошибочны наши теоретические модели? В следующем году LIGO уйдет на модернизацию, и у теоретиков будет немножко времени пораскинуть мозгами.

Что заставляет вещество выбрасываться в процессе слияния в таком количестве?

Наши лучшие теоретические модели предсказывали, что слияния звезд вроде этого будет сопровождаться ярким световым сигналом в ультрафиолетовой и оптической частях спектра в течение дня, а затем будет тускнуть и исчезать. Но вместо этого сияние продержалось два дня, прежде чем начин тускнеть, и у нас, конечно, появились вопросы. Яркое свечение, которое продержалось этак долго, свидетельствует о том, что ветра в диске вкруг звезд выбросили 30-40 масс Юпитера в виде вещества. По нашим данным, вещества надлежит было быть меньше вдвое или даже в восемь один.

Что же такого необычного в этих выбросах? Чтоб смоделировать такое слияние, нужно включить немало разной физики:

  • гидродинамику
  • ОТО
  • магнитные поля
  • уравнение состояния материи при ядерных плотностях
  • взаимодействия с нейтрино

…и многое другое. Различные коды моделируют эти компоненты с разными уровнями сложности, и мы не знаем наверняка, какой из компонентов несет ответственность за эти ветры и выбросы. Найти необходимый — проблема для теоретиков, и нам приходится примиряться с тем, что мы впервой измерили слияние нейтронных звезд… и получили сюрприз.

В последние моменты слияния две нейтронных звезды не лишь испускают гравитационные волны, однако и катастрофический взрыв, который эхом прокатывается по всему электромагнитному спектру. И если продуктом будет нейтронная звезда, черная прореха или нечто экзотическое среднее, переходное состояние нам покамест неизвестно

Произвело ли это слияние сверхмассивную нейтронную звезду?

Чтоб получить достаточно потерянной массы от слияния нейтронных звезд, нужно, чтоб продукт этого слияния сгенерировал довольно энергии соответствующего типа, чтоб сдуть эту массу с окружающего звезды диска. Основываясь на наблюдаемом гравитационно-волновом сигнале, мы можем произнести, что это слияние создало объект массой 2,74 солнечных, что гораздо превышает максимум солнечной массы, какой может быть у невращающейся нейтронной звезды. То кушать, если ядерная материя ведет себя этак, как от нее ожидаем, слияние двух нейтронных звезд надлежит было привести к появлению черной дыры.

Нейтронная звезда — одно из самых плотных собраний вещества во Вселенной, однако у ее массы кушать верхний предел. Превысьте его — и нейтронная звезда опять коллапсирует с образованием черной дыры

Если бы основа этого объекта после слияния немедля сжалось до черной дыры, никакого выброса бы не было. Если бы вместо этого оно стало сверхмассивной нейтронной звездой, то надлежит было бы вращаться чрезвычайно скоро, поскольку большой угловой момент увеличил бы максимальный предел массы на 10-15%. Проблема в том, что если бы мы получили этак быстро вращающуюся сверхмассивную нейтронную звезду, она должна была бы стать магнетаром с чрезвычайно мощным магнитным полем, в квадриллион один более мощным, чем поля на поверхности Земли. Однако магнетары быстро перестают обращаться и должны коллапсировать в черную дыру чрез 50 миллисекунд; наши же наблюдения за магнитными полями, вязкостью и нагревом, которые выбросили массу, показывают, что объект существовал сотни миллисекунд.

Похожие новости  Суть вещей: Пять километров музыки

Что-то тут не так. Либо у нас скоро вращающаяся нейтронная звезда, которая по какой-то причине не является магнетаром, либо у нас будут выбросы на сотни миллисекунд, и наша физика не дает нам ответ. При этом, пускай даже ненадолго, скорее итого, у нас была сверхмассивная нейтронная звезда, а за ней и черная прореха. Если оба варианта верны, мы имеем дело с самой массивной нейтронной звездой и самой маломассивной черной дырой за всю историю наблюдений!

Если эти нейтронные звезды были бы более массивными, было бы слияние невидимым?

Существует предел тому, как массивными могут быть нейтронные звезды, и если добавлять и добавлять массы, получится аккурат черная прореха. Этот предел в 2,5 солнечных масс для невращающихся нейтронных звезд означает, что если общая масса слияния будет ниже, вы почитай наверняка останетесь с нейтронной звездой после слияния, что приведет к сильным и долгим ультрафиолетовым и оптическим сигналам, которые мы видели в данном случае. С иной стороны, если подняться выше 2,9 солнечных масс, разом после слияния сформируется черная прореха, вполне вероятно — без ультрафиолетовых и оптических сопровождений.

Этак или иначе, наше самое первое слияние нейтронных звезд оказалось собственно в середине этого диапазона, когда может показаться сверхмассивная нейтронная звезда, создающая выбросы и оптические и ультрафиолетовые сигналы на протяжении короткого времени. Образуются ли магнетары при менее массивных слияниях? А более массивные — разом приходят к черным дырам и остаются невидимыми на этих длинах волн? Как редкие или распространенные три этих категории слияния: обычные нейтронные звезды, сверхмассивные нейтронные звезды и черные дыры? Чрез год LIGO и Virgo займутся поисками ответов на эти вопросы, а у теоретиков будет будто раз год, чтобы повергнуть свои модели в соответствие с прогнозами.

Что приводит к тому, что гамма-лучевые всплески такие яркие во многих направлениях, а не в конусе?

Этот проблема весьма сложный. С одной стороны, открытие подтвердило то, что давным-давно подозревали, но никак не могли доказать: что сливающиеся нейтронные звезды подлинно производят гамма-лучевые всплески. Однако мы всегда считали, что гамма-лучевые всплески испускают гамма-лучи лишь в узкой конусообразной форме, 10-15 градусов в диаметре. Сейчас же мы знаем, из положения слияния и величины гравитационных волн, что гамма-лучевые всплески уходят на 30 градусов от нашей линии визирования, однако мы при этом наблюдаем мощный гамма-радиальный сигнал.

Природа гамма-лучевых всплесков должна измениться. Задача теоретиков состоит в том, чтоб объяснить, почему физика этих объектов так отличается от предсказанной нашими моделями.

Отдельной строкой: как непрозрачны/прозрачны тяжелые элементы?

Когда дело доходит до самых тяжелых элементов в периодической таблице, мы знаем, что они произведены по большей части не сверхновыми, а собственно слияниями черных дыр. Однако чтобы получить спектры тяжелых элементов с расстояния в 100 миллионов световых лет, нужно соображать их прозрачность. Сюда входит понимание атомных физических переходов электронов на орбиталях атома в астрономической обстановке. Впервой у нас есть среда для проверки того, будто астрономия пересекается с атомной физикой, и последующие наблюдения слияний должны позволить нам отозваться на вопрос о непрозрачности и прозрачности в том числе.

Вполне возможно, что слияние нейтронных звезд происходит всегда, а когда LIGO достигнет запланированного уровня чувствительности, мы будем находить десятки слияний в год. Также возможно, что это событие было крайне редким и нам повезет видать лишь по одному за год даже после обновления установок. Следующие десять лет физики-теоретики потратят на розыск ответов на выше описанные вопросы.

Будущее астрономии лежит перед нами. Гравитационные волны — это новоиспеченный, совершенно независимый способ исследования неба, и сопоставляя небосвод с гравитационными волнами с традиционными астрономическими картами, мы готовы отозваться на вопросы, которые не осмеливались задать еще неделю назад.

Hi-News.ru — Новости высоких технологий.

Добавить комментарий