Детекторы гравитационных волн обнаружили космическое столкновение, в котором гигантская черная дыра поглотила загадочный объект. Он показался ученым слишком тяжелым, чтобы быть нейтронной звездой, и при этом слишком легким, чтобы быть черной дырой. Весом в 2,6 раза больше массы Солнца, этот объект попадает в гипотетический «разрыв массы», пустыню между самой тяжелой нейтронной звездой и самой легкой черной дырой. Ранее ученые не подозревали о таком разрыве. Похоже, научное сообщество ждет новых теорий.
Почему озадачились ученые?
Современные теории предполагают, что если нейтронная звезда будет намного больше двух солнечных масс, гравитационная сила приведет к ее коллапсу в черную дыру. В итоге этот новый неизвестный объект и не звезда, и не черная дыра.
Как были получены данные?
Данные получены от физиков, работающих с лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO), парой детекторов в штатах Луизиана и Вашингтон, и с аналогичным детектором Virgo в Италии. Все три состоят из огромных, чрезвычайно чувствительных оптических инструментов, которые могут обнаружить мимолетное растяжение самого пространства.
Оно образуется, когда два массивных объекта, таких как черные дыры, закручиваются друг в друга. С тех пор, как LIGO впервые почувствовал такие гравитационные волны в 2015 году, физики заметили десятки слияний. А 14 августа 2019 года детекторы LIGO и Virgo обнаружили слияние объектов с массами в 23 и 2,6 раз больше, чем у Солнца. Результаты были опубликованы вчера.
Так что это? Самая легкая черная дыра или самая тяжелая нейтронная звезда?
Ученым сложно понять, что это такое. Если это легкая черная дыра, то нет никакой теории о том, как такой объект может развиваться. Однако профессор Фабио Антониони предположил, что солнечная система с тремя звездами может привести к образованию легких черных дыр. Его идея привлекла к себе повышенное внимание после нового открытия, сообщает BBC.
Однако если этот новый класс объектов представляет собой тяжелую нейтронную звезду, то, по мнению профессора Бернарда Шутца из Института гравитационной физики имени Макса Планка, также может потребоваться пересмотр теорий их образования.
Как вообще образуются черные дыры и нейтронные звезды?
Считается, что черные дыры и нейтронные звезды образуются, когда у звезд заканчивается топливо и они умирают. Если это очень большая звезда, она разрушается, образуя черную дыру, объект с такой сильной гравитационной силой, что даже свет не может вырваться из его хватки.
Если исходная звезда ниже определенной массы, один из вариантов — это ее коллапс в плотный шар, состоящий полностью из частиц, называемых нейтронами, которые находятся внутри сердца атомов.
Материал, из которого состоят нейтронные звезды, настолько плотно «упакован», что одна чайная ложка будет весить 10 млн тонн.
У нейтронной звезды есть не только мощная гравитация, но сила между нейтронами, вызванная квантово-механическим эффектом, известным как давление вырождения. Она раздвигает частицы, противодействуя гравитационной силе.
Современные теории предполагают, что гравитационная сила преодолеет давление вырождения, если нейтронная звезда будет намного больше двух солнечных масс, и приведет к ее коллапсу в черную дыру.
Что дало новое наблюдение?
Новое наблюдение может повлиять на теорию о создании черных дыр, которая уже вызывает некоторый скептицизм у научного сообщества. Более того, LIGO и Virgo показали — можно образовать черную дыру с низкой массой и по-другому. В августе 2017 года исследователи заметили слияние двух нейтронных звезд, которые, по-видимому, образовали черную дыру с массой в 2,7 солнечной.
Настоящей загадкой может быть крайнее несоответствие масс черных дыр в новом наблюдении. Всего несколько недель назад LIGO и Virgo объявили о событии, в котором одна черная дыра перевесила другую в соотношении четыре к одному. В новом же событии соотношение составляет девять к одному. Такое экстремальное соотношение трудно получить с помощью большинства моделей, на которых сосредоточены ученые.
Что ждет человечество дальше?
Необходимо будет провести больше космических наблюдений и исследований, чтобы установить, действительно ли этот новый объект является чем-то, что никогда ранее не наблюдалось. Или же он может быть самой легкой из когда-либо обнаруженных черных дыр.
Ученые не знают, как ядерные силы действуют в экстремальных условиях, которые происходят внутри нейтронной звезды. Если загадочный объект является тяжелой нейтронной звездой, то теоретики должны будут переосмыслить то, что происходит в этих объектах.
Похоже, что людям, которые были уверены в существовании массового разрыва, наверняка придется переосмыслить его. Однако астрофизик из Университета Мэриленда Коул Миллер уверен, что не ждет образования «новых культов», сообщает Sсience. Человечество в состоянии пережить это изменение в своем мировоззрении.