Sygnał GW230529 – zderzenie gwiazdy neutronowej z czarną dziurą?
Naukowcy wykryli niezwykły sygnał fal grawitacyjnych – GW230529, który może być kluczem do rozwiązania kosmicznej tajemnicy, co się dzieje, gdy gwiazda neutronowa zderzy się z czarną dziurą.
Odkrycie jest częścią najnowszego zestawu danych pozyskanych przez wykrywacz fal grawitacyjnych LIGO-Virgo-KAGRA. Program ten obejmuje ponad 1600 naukowców z całego świata, którzy starają się wykryć fale grawitacyjne i wykorzystać je do zgłębiania tajemnic Wszechświata.
Jak tłumaczą astronomowie z University of Portsmouth’s Institute of Cosmology and Gravitation (ICG), w maju 2023 r., krótko po rozpoczęciu czwartego cyklu obserwacyjnego LIGO-Virgo-KAGRA, detektor LIGO Livingston w Luizjanie w Stanach Zjednoczonych zaobserwował sygnał fal grawitacyjnych pochodzący ze zderzenia najprawdopodobniej gwiazdy neutronowej z innym obiektem o masie od 2,5 do 4,5 razy większej od masy Słońca.
Gwiazdy neutronowe i czarne dziury są zwartymi obiektami, gęstymi pozostałościami po masywnych eksplozjach gwiezdnych. To, co czyni sygnał GW230529, intrygującym dla badaczy, to masa cięższego obiektu. Znajduje się on w możliwej luce masowej między najcięższymi znanymi gwiazdami neutronowymi a najlżejszymi czarnymi dziurami. Sam sygnał fal grawitacyjnych, zdaniem astronomów, nie może ujawnić natury tego obiektu. Przyszłe wykrycia podobnych zdarzeń, zwłaszcza tych, którym towarzyszą wybuchy promieniowania elektromagnetycznego, mogą pomóc w rozwiązaniu tej zagadki.
„Ta detekcja, pierwsza z ekscytujących wyników z czwartej serii obserwacyjnej LIGO-Virgo-KAGRA, ujawniła, że podobne zderzenia gwiazd neutronowych i czarnych dziur o niskiej masie mogą występować częściej, niż wcześniej sądziliśmy” – twierdzi dr Jess McIver z University of British Columbia.
Ponieważ zdarzenie to zostało zaobserwowane tylko przez jeden detektor fal grawitacyjnych, naukowcy się są pewni czy jest ono prawdziwe.
„Potwierdzanie zdarzeń poprzez obserwowanie ich w wielu detektorach jest jednym z naszych najpotężniejszych narzędzi w oddzielaniu sygnałów od szumu. Korzystając z odpowiednich modeli szumu tła, możemy ocenić zdarzenie, nawet jeśli nie mamy innego detektora, który potwierdziłby to, co widzieliśmy” – mówi dr Gareth Cabourn Davies z ICG.
Przed wykryciem fal grawitacyjnych w 2015 roku, masy czarnych dziur o masie gwiazdowej były określane przez naukowców, głównie za pomocą obserwacji rentgenowskich, podczas gdy waga gwiazd neutronowych były szacowane za pomocą obserwacji radiowych. Wynikowe pomiary mieściły się w dwóch odrębnych zakresach z luką między nimi od około dwóch do pięciu razy większą od masy Słońca. Kolejne pomiary wpłynęły na lukę masową, ale wciąż pozostaje ona przedmiotem dyskusji wśród astrofizyków.
Analiza sygnału GW230529, zdaniem badaczy pokazuje, że pochodzi on z połączenia dwóch zwartych obiektów, jednego o masie od 1,2 do 2,0 razy większej od masy Słońca i drugiego nieco ponad dwa razy bardziej masywnego.
Jak zaznaczają astrofizycy sygnał fal grawitacyjnych nie dostarczył wystarczającej ilości informacji, aby z całą pewnością określić, czy te zwarte obiekty są gwiazdami neutronowymi czy czarnymi dziurami, ich zdaniem wydaje się prawdopodobne, że lżejszy obiekt jest gwiazdą neutronową, a cięższy obiekt czarną dziurą. Naukowcy są przekonani, że cięższy obiekt znajdował się w luce masowej.
Naukowcy zaznaczają, że obserwacje fal grawitacyjnych dostarczyły dotychczas prawie 200 pomiarów mas obiektów zwartych. Spośród nich tylko jedna inna fuzja mogła obejmować obiekt znajdujący się w luce masowej – sygnał GW190814 pochodził z fuzji czarnej dziury z obiektem przekraczającym masę najcięższych znanych gwiazd neutronowych.
„Wcześniejsze dowody na istnienie obiektów w luce masowej były obserwowane zarówno w falach grawitacyjnych, jak i elektromagnetycznych, to jednak nowy sygnał jest szczególnie ekscytujący, ponieważ jest to pierwsza detekcja fal grawitacyjnych obiektu w luce masowej połączonego z gwiazdą neutronową” – mówi dr Sylvia Biscoveanu z Northwestern University.
Emil Gołoś
