Dodano: 25 czerwiec 2020r.

Najlżejsza czarna dziura czy najcięższa gwiazda neutronowa? Zagadkowy obiekt w danych z kosmicznej kolizji

W sierpniu ubiegłego roku detektory fal grawitacyjnych LIGO i Virgo zarejestrowały sygnał pochodzący, jak się wówczas wydawało, z nigdy wcześniej nie obserwowanej kolizji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Teraz uczeni z LIGO potwierdzili sygnał, nadając mu nazwę GW190814, ale wygląda na to, że gwiazda neutronowa tak naprawdę wcale nie była gwiazdą neutronową.

Czarne dziury

 

Kiedy umierają najbardziej masywne gwiazdy, zapadają się pod wpływem własnej grawitacji i pozostawiają po sobie czarne dziury. Gdy umierają nieco mniej masywne gwiazdy, wybuchają w supernowych i pozostawiają gęste, martwe szczątki zwane gwiazdami neutronowymi. Przez dziesięciolecia astronomowie starali się rozwiązać zagadkę luki w masach między gwiazdami neutronowymi a czarnymi dziurami. Najcięższa znana gwiazda neutronowa ma nie więcej niż 2,5 masy naszego Słońca, a najlżejsza znana czarna dziura ma około 5 mas Słońca. Pozostawało pytanie, czy jest coś o masie między 2,5 a około 5 mas naszego Słońca?

Zagadkowa kolizja wykryta przez LIGO i Virgo

W nowych badaniach naukowcy z LIGO i Virgo ogłosili odkrycie obiektu o masie 2,6 masy Słońca, co umieszcza go w luce między najcięższą znaną gwiazdą neutronową, a najlżejszą czarną dziurą. Obiekt, o którym mowa, początkowo był brany za gwiazdę neutronową. W oświadczeniu z ubiegłego roku podano, że 14 sierpnia 2019 roku wykryto fale grawitacyjne pochodzące prawdopodobnie z kolizji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej.

Jeden z obiektów biorących udział w zderzeniu miał masę około 23 mas Słońca, zatem z pewnością była to czarna dziura. Drugi z obiektów jest sprawcą obecnego zamieszania, bo jego masa – 2,6 masy Słońca, oznaczałaby wykrycie albo najlżejszej czarnej dziury, albo najcięższej gwiazdy neutronowej. Być może obiekt ten był jeszcze czymś innym. Wyniki analiz naukowców z LIGO i Virgo ukazały się na łamach „The Astrophysical Journal Letters”.

- Od dziesięcioleci czekaliśmy na rozwiązanie tej tajemnicy - powiedziała współautorka badań Vicky Kalogera z Northwestern University. - Nie wiemy, czy ten obiekt jest najcięższą znaną gwiazdą neutronową, czy najlżejszą znaną czarną dziurą, ale tak czy inaczej bije rekord – dodała.

- To zmieni sposób, w jaki naukowcy mówią o gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach – wtórował koleżance inny ze współautorów publikacji Patrick Brady z University of Wisconsin w Milwaukee i rzecznik LIGO. - Luka w masach może w ogóle nie istnieć, ale mogła wynikać z naszych ograniczonych zdolności obserwacyjnych. Czas i dalsze obserwacje ujawnią prawdę – zaznaczył.

Najlżejsza czarna dziura czy najcięższa gwiazda neutronowa?

Fuzja kosmiczna opisana w tym badaniu, czyli zdarzenie o nazwie GW190814, spowodowała powstanie czarnej dziury o masie około 25 mas Słońca (część połączonej masy została przekształcona w podmuch energii w postaci fal grawitacyjnych). Nowo utworzona czarna dziura leży około 800 milionów lat świetlnych od Ziemi. Przed połączeniem dwóch obiektów ich masy różniły się 9-krotnie, dzięki czemu jest to najbardziej ekstremalny stosunek masy zarejestrowany w sygnałach fal grawitacyjnych.

- Obecne modele teoretyczne stanowią wyzwanie dla łączenia się par zwartych obiektów o tak dużym stosunku masy, w którym partner o niskiej masie przebywa w przedziale mas, którego przedstawiciela jeszcze nie poznaliśmy. Odkrycie to sugeruje, że zdarzenia te występują znacznie częściej niż przewidywaliśmy, co czyni obiekt o niskiej masie jeszcze bardziej intrygującym - wyjaśniła Kalogera. - Tajemniczym obiektem może być gwiazda neutronowa łącząca się z czarną dziurą, ekscytująca możliwość oczekiwana teoretycznie, ale jeszcze nie potwierdzona obserwacyjnie. Jednak przy masie 2,6 razy większej od naszego Słońca przekracza współczesne przewidywania dotyczące maksymalnej masy gwiazd neutronowych i może zamiast tego być najlżejszą czarną dziurą, jaką kiedykolwiek wykryto – dodała.

- Luka w masach obiektów była interesującą zagadką od dziesięcioleci, a teraz wykryliśmy obiekt, który pasuje właśnie do niej - przyznał Pedro Marronetti z National Science Foundation. - Nie da się tego wyjaśnić bez podważenia naszego zrozumienia niezwykle gęstej materii lub tego, co wiemy o ewolucji gwiazd – dodał.

 

Źródło: California Institute of Technology