Официално бе издаден вторият каталог на гравитационните вълни - GWTC-2. След първото сливане на две черни дупки през 2015 г. гравитационно-вълновите детектори LIGO / Virgo са наблюдавали общо 47 сблъсъка на черни дупки и неутронни звезди до края на септември 2019 г.

Каква е голямата картина зад тези събития?

Новият каталог

През последните години детекторите Advanced LIGO в Ханфорд, Вашингтон, и Ливингстън, Лос Анджелис, и детекторът Advanced Virgo в Европа внимателно следят за вълни в пространство-времето, което е знак, че някъде двойка компактни обекти - черни дупки или неутронни звезди - са се слели.

^{Схемата показва масите на наблюдаваните двойни сливания на черни дупки и неутронни звезди. Схемата включва черни дупки, открити чрез електромагнитни наблюдения (в лилаво), черни дупки, измерени чрез наблюдения с гравитационни вълни (в синьо), неутронни звезди, измерени с електромагнитни наблюдения (в жълто), и неутронни звезди, открити чрез гравитационни вълни (в оранжево). 
Бързо разширяващото се „звездно гробище“, което показва масите на различните компоненти на наблюдаваните компактни двойни сливания, включени във втория каталог на гравитационните вълни (GWTC – 2). Кредит: LIGO-Virgo/Northwestern U./Frank Elavsky & Aaron Geller}

По време на първите две наблюдения на LIGO (O1 през 2015–16 и O2 през 2016–17) двата LIGO детектора откриват 11 събития на сливане. След поредица от ъпгрейти на детекторите, системата се върна в работен режим през април 2019 г. за третия си старт (O3). Само за първите 26 седмици от O3a детекторите LIGO / Virgo заедно намират още 36 сливания.

В нова публикация, наскоро приета в списание Physical Review X, колаборацията пуска своя втори каталог на гравитационно-вълнови събития (GWTC-2), който включва данни от O1, O2 и O3a. И в придружаваща публикация в Astrophysical Journal Letters екипът сега анализира по-широкия набор от всички 47 сливания в каталога, използвайки популационни модели, за да получи по-задълбочена представа за свойствата им и как тези системи се формират и развиват.

Какво научихме от целия набор сблъсъци

Анализът на тези 47 гравитационни вълни дава доста нови прозрения за тези екстремни събития:

1. Масата на черните дупки е по-сложна, отколкото първоначално се е предполагало.
   Сливащите се черни дупки в O1 и O2 имаха първични маси под 45 слънчеви маси, в съответствие с теорията, че черните дупки с ~ 50–120 слънчеви маси не трябва да могат да се образуват. Но O3a включва няколко първични обекта над 45 слънчеви маси, така че вече не може да  се моделира разпределението на първичното разпределение на масите като единен степенен закон с рязко прекъсване при 45 слънчеви маси. Това може да предполага, че това са различни популации черни дупки, които са се образували по различни начини.
2. Някои черни дупки имат спин/въртене, които не се съгласуват с ъгловия момент на двойната система.
   Девет от неотдавнашните открития показват неравномерно въртене, което е друга улика за тяхното формиране. Двойните системи черни дупки, които се образуват и еволюират в изолирани двойки, се очаква да имат изравнени спинове, докато двойните системи черни дупки, които се образуват динамично - например, поради взаимодействия в клъстери от звезди или в диска на активно галактическо ядро ​​- трябва да имат разпределени ротации. Авторите показват, че въртящата се популация GWTC-2 се съгласува при 25–93% от черните дупки, образуващи се динамично. Това е голям диапазон, но това показва, че има повече от един канал за формиране!
3. Скоростта на сливане на черните дупки вероятно се увеличава с червеното отместване. Актуализираните оценки предполагат, че двойните черни дупки се сливат със скорост 15–38 на кубичен гигапарсек за една година (Gpc-3 yr-1), а двойните неутронни звезди със скорост 80–810 Gpc^-3 yr^-1. Скоростта на сливане изглежда по-висока при по-голямо червено отместване, но това увеличение не съвпада  с известното увеличение на скоростта на образуване на звезди с червеното изместване. Интригуваща загадка.

^{Графика, показваща как степента на сливане се увеличава с червено изместване
Моделираната средна плътност на скоростта на сливане (плътна крива) като функция на червеното изместване предполага, че степента на сливане се увеличава с червеното изместване. И все пак нарастването не е толкова стръмно, колкото увеличаването на скоростта на образуване на звезди (пунктирана линия). Кредит: Abbott et al.2021.}

Сега знаем, че скоростта на образуване на звезди в галактиките е била по-бърза, отколкото е днес, но тази по-бърза скорост не изглежда да съответства на увеличената честота на сблъсъци на черни дупки (вижте изображението по-горе)

Предстоят интересни времена

Всяко ново знание повдига още въпроси. И макар да знаем повече за това как и къде се формират и развиват двойните системи черни дупки,  все пак ни остава още много да научим. Сега се планира да се анализират петте месеца за наблюдение на O3b и O4, които ще започнат в средата на 2022 г. след поредният ъпгрейт на инструментите.

Източник: New Insights from LIGO/Virgo’s Merging Black Holes, LIGO

Още по темата

01/03/2021

Физика

Гравитационните вълни GW190521 може да са дошли от сблъсък на екзотични бозонни звезди

11/02/2023

Новини

На тази дата бе обявено за първи път откриването на гравитационните вълни (видео)

13/01/2021

Космос

Учените са близо до откриването на гравитационни вълни от свръхмасивни черни дупки

29/12/2020

Космос

Гравитационните вълни могат да обяснят защо Вселената ускорено се разширява