Чорні діри LIGO назвали продуктом однієї зірки

Професор з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики припустив, що дві чорні діри, сигнал від злиття яких зареєстрував LIGO, були народжені однією зіркою. Це пояснює гамма-сплеск, виявлений телескопом Fermi через 0,4 секунди після реєстрації гравітаційних хвиль. Стаття автора доступна на сайті.

Сплеск електромагнітного випромінювання при злитті чорних дір повинен пояснюватися наявністю в околиці дірок речовини. Раніше дослідники припустили, що джерелом гамма-сплеску може бути акреційний диск, існування якого допускається для бінарних систем надмасивних чорних дір. Однак сигнал, отриманий LIGO, свідчить про те, що чорні діри мають набагато менший розмір.

Астрофізик Абрахам Лоєб (Abraham Loeb) висунув гіпотезу про те, що дві чорні діри могли сформуватися в результаті загибелі однієї масивної зірки.

Зазвичай при стисненні зірок наприкінці їхнього «життя» утворюється одна чорна діра. Однак автор роботи вважає, що якщо зірка обертається швидко, то її ядро може прийняти гантелевидну форму і розділитися на дві частини, кожна з яких сформує власну чорну діру.

Масивна зірка, яка відповідала б моделі Лоєба, могла утворитися в результаті злиття двох зірок. Згідно з припущенням вченого, зірки зближувалися, обертаючись все з більшою швидкістю навколо один одного, і в результаті народилася зірка з великою швидкістю обертання.

На підставі даних про час реєстрації гравітаційних хвиль і спалахів гамма-випромінювання, вчений прийшов до наступного сценарію народження чорних дір, злиття яких зафіксували в LIGO.

Бінарна система чорних дір могла з'явитися (за умови гідродинамічної рівноваги до колапсу) в результаті стиснення гелієвого ядра масою понад 65 мас Сонця, яке оточувало залізне ядро масою понад 5 мас Сонця. Для того щоб розділитися на дві частини, питомий кутовий момент залізного ядра, згідно з його розрахунками, повинен був перевищувати 10¹⁷ см² s ^‑ 1. Тоді воно могло б витягнутися і розпастися на дві освіти, кожна з яких і перетворилася б на чорну діру. Далі, за припущенням гарвардського астрофізика, чорні діри збільшували свою масу шляхом аккреції навколишнього вуглецю і кисню протягом декількох хвилин після свого народження. Потім, після того, як вони досягли маси близько 30 мас Сонця, подальша акреція речовини ядра призвела до появи джетів і, відповідно, сплеску гамма-випромінювання.

Лоєб вважає, що якщо в майбутньому вдасться зареєструвати більше гамма-спалахів, то дослідники зможуть виміряти їх червоне зміщення і визначити точне місце розташування джерела гравітаційних хвиль. На даний момент передбачається, що злиття чорних дір відбулося в сузір'ї Кіта або Риб. Ймовірність того, що сигнал є артефактом приладу становить 0,22 відсотка.

Про виявлення гравітаційних хвиль, передбачених Загальною Теорією Відносності, 11 лютого повідомили колаборації LIGO і Virgo. Дослідники дійшли висновку, що джерелом гравітаційних хвиль є злиття двох чорних дір з масами близько 29 і 36 мас Сонця.

Наступного дня космічна обсерваторія «Фермі» повідомила про короткочасний сплеск гамма-випромінювання, що прийшов на Землю через 0,4 секунди з моменту реєстрації гравітаційних хвиль обсерваторією LIGO. Сигнал мав досить жорсткий спектр і його розташування відповідало передбаченням LIGO/Virgo.