Исследователи прогнозируют, что гибель массивной, стремительно вращающейся звезды может «потрясти Вселенную», создавая гравитационные волны, которые можно зафиксировать с помощью современных инструментов. Эти источники гравитационных волн ждут своего открытия, заявляют ученые, чья работа была опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Гравитационные волны формируются после гибели подобных звёзд, масса которых превышает массу Солнца в 15-20 раз. По исчерпании топлива звезда взрывается, что называется коллапсом. В результате образуется чёрная дыра, окружённая массивным диском остаточного материала, который стремительно закручивается внутрь чёрной дыры. Это вращательное движение, продолжающееся несколько минут, настолько мощное, что деформирует пространство, создавая гравитационные волны, которые распространяются по всей Вселенной.
С помощью моделирования учёные выяснили, что эти гравитационные волны можно обнаружить с помощью таких установок, как Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), которая в 2015 году впервые зарегистрировала гравитационные волны от слияния чёрных дыр. Обнаружение волн, вызванных коллапсаром, могло бы значительно расширить понимание механизмов коллапса звёзд и характеристик чёрных дыр.
«На данный момент единственными источниками гравитационных волн, которые мы смогли обнаружить, являются слияния компактных объектов — нейтронных звёзд или чёрных дыр. Один из наиболее интересных вопросов в этой области: какие ещё, не связанные со слиянием, источники могут создавать гравитационные волны, которые мы можем зарегистрировать с помощью современных инструментов? Теперь, одним из многообещающих вариантов являются коллапсары», — комментирует руководитель исследования Оре Готтлиб, научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флэтайрон в Нью-Йорке.
Готтлиб вместе с учёным CCA и профессором Колумбийского университета Юрием Левиным и профессором Тель-Авивского университета Амиром Левинсоном провели моделирование, учитывая магнитные поля и скорости охлаждения после коллапса массивной вращающейся звезды. Моделирование показало, что коллапсары могут порождать гравитационные волны, которые могут быть обнаружены на расстоянии до 50 миллионов световых лет. Это расстояние составляет менее одной десятой обнаруживаемого диапазона мощных гравитационных волн от слияний чёрных дыр или нейтронных звёзд.
Результаты оказались неожиданными, отмечает Готтлиб. Ученые полагали, что хаотический коллапс создаст беспорядочные волны, которые сложно выделить на фоне вселенского шума.
Новые расчёты показали, что вращательные диски вокруг коллапсирующих звёзд также могут излучать гравитационные волны, которые усиливаются, подобно слияниям компактных объектов. «Я предполагал, что сигнал будет гораздо более хаотичным из-за непрерывного распределения газа с различными орбитами. Однако мы обнаружили, что гравитационные волны от этих дисков излучаются когерентно и достаточно сильно», — добавил Готтлиб.
Помимо того, что предсказываемый сигнал от коллапсарных дисков достаточно силён для обнаружения LIGO, расчёты Готтлиба также показывают, что в существующих наборах данных уже могут присутствовать несколько таких событий. Будущие детекторы, такие как Cosmic Explorer и Einstein Telescope, могли бы регистрировать десятки подобных событий каждый год.
Научное сообщество уже проявляет интерес к поиску таких событий, но задача остаётся сложной. Новое исследование предоставило гравитационно-волновые характеристики для ограниченного числа потенциальных событий звёздных коллапсов. При этом звёзды имеют широкий спектр масс и скоростей вращения, что может приводить к различиям в сигналах гравитационных волн.
«Идеально было бы смоделировать миллион коллапсов, чтобы создать общую модель, однако это чрезвычайно затратные симуляции. Пока нам приходится искать альтернативные стратегии», — пояснил Готтлиб.
Учёные могут исследовать исторические данные, чтобы найти события, совпадающие с моделированием Готтлиба. Но учитывая разнообразие звёзд, каждая из которых производит потенциально уникальный сигнал, найти точное совпадение будет сложно.
Вторая стратегия состоит в использовании других сигналов от близких событий, таких как сверхновые или гамма-всплески, которые могут быть зарегистрированы во время коллапса звезды, и затем в поиске гравитационных волн в архивах данных того времени и места.
Обнаружение гравитационных волн от событий коллапса поможет углубить наше понимание внутренней структуры звёзд и свойств чёрных дыр — двух областей, которые пока остаются малоизученными.
«Это явления, которые мы не можем обнаружить иными способами. Единственный путь к ним — через гравитационные волны», — заключает Готтлиб.
Источник: iXBT
_large.jpg "Даже без Super Heavy это лишь часть Starship, но аппарат всё равно выглядит огромным: SpaceX вывела его на стартовую площадку")
