​Гравитационные волны позволили обнаружить самую маленькую черную дыру или самую большую нейтронную звезду

В августе 2019 года датчики гравитационных волн LIGO и Virgo зафиксировали слияние черной дыры, имеющей массу в 23 солнечных, с объектом массой в 2,6 солнечных. Именно второй объект и вызвал особый интерес ученых, поскольку он оказался в так называемом «массовом разрыве». Это промежуток масс, в котором не были обнаружены черные дыры и нейтронные звезды. Самая тяжелая из известных подтвержденных нейтронных звезд имеет массу не более 2,5 солнечной, а самая легкая черная дыра из известных подтвержденных – около 5 солнечных масс. Поэтому объект массой 2,6 солнечных очень интригует. Ученые исследовали сигнал, чтобы убедиться, что подсчеты верны и удалось обнаружить компактный объект в «массовом разрыве».

Это важно с точки зрения понимания физики подобных объектов, обладающих самой высокой плотностью из известных. При этом по гравитационному сигналу невозможно определить, идет ли речь о слишком тяжелой нейтронной звезде или слишком легкой черной дыре.

Для лучшего понимания распределения масс приложен рисунок, где фиолетовым показаны черные дыры, обнаруженные с помощью электромагнитных наблюдений, синим – с помощью гравитационных волн, желтым – нейтронные звезды, найденные с помощью электромагнитных наблюдений, оранжевым – с помощью гравитационных волн. Событие слияния GW190814 выделено отдельно в середине графика.

Отметим, что в результате слияния образовалась черная дыра массой примерно в 25 солнечных. Некоторая часть массы превратилась в энергию гравитационных волн. Эта новообразованная черная дыра находится на расстоянии около 800 млн световых лет от Земли. (То есть по факту это событие произошло очень и очень давно, но его след дошел до нас лишь в прошлом году). Слияние GW190814 интересно еще и тем, что в нем участвовали наиболее различающиеся по массе объекты из когда-либо обнаруженных в таком процессе.

Как только событие GW190814 было зафиксировано датчиками гравитационных волн, информацию передали в различные обсерватории. Десятки телескопов принялись искать возможные следы слияния в электромагнитном излучении, но не обнаружили их. Это не удивительно, поскольку до сих пор только в одном случае удалось зафиксировать и гравитационные волны, и электромагнитное излучение от одного события – GW170817.

А GW190814 могло быть незамеченным по ряду простых причин. Во-первых, оно произошло очень далеко. Во-вторых, если речь идет о слиянии двух черных дыр, то электромагнитных следов могло и не быть. В-третьих, если речь идет о слиянии черной дыры и нейтронной звезды, то разница в массах так велика, что черная дыра могла поглотить нейтронную звезду целиком, без разрыва и аккреционного следа, который обычно создает фиксируемые электромагнитные следы.