Умирающие звезды могут быть источником гравитационных волн
До сих пор астрофизикам удавалось обнаружить гравитационные волны только от бинарных систем, таких как слияние либо двух черных дыр, либо двух нейтронных звезд, либо одной из них. Однако группа ученых под руководством Северо-Западного университета недавно обнаружила один небинарный источник, который также может излучать такие волны: турбулентные, энергичные коконы обломков, окружающие умирающие массивные звезды.
Когда массивные звезды коллапсируют в черные дыры, они часто создают мощные потоки, или струи, частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Когда эти струи сталкиваются с разрушающимися слоями умирающей звезды, вокруг струй образуется пузырь, или кокон, состоящий из беспорядочных смесей горячих газов и обломков, расширяющихся во всех направлениях.
Используя самые современные симуляции для моделирования коллапсов массивных звезд, эксперты показали, что такие коконы также могут быть источником гравитационных волн. Более того, в отличие от струй гамма-всплесков, гравитационные волны коконов должны находиться в диапазоне частот, который может надежно зафиксировать лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO).
"На сегодняшний день LIGO обнаруживает гравитационные волны только от бинарных систем, но однажды она обнаружит первый небинарный источник гравитационных волн", - сказал ведущий автор исследования Оре Готлиб, научный сотрудник отдела астрофизики Северо-Западного университета. "Коконы - одно из первых мест, где мы должны искать такие источники".
Первоначально Готлиб и его коллеги хотели выяснить, может ли аккреционный диск, который формируется вокруг черной дыры, излучать обнаруживаемые гравитационные волны. Однако в ходе моделирования выяснилось нечто неожиданное.
"Когда я рассчитывал гравитационные волны от окрестностей черной дыры, я обнаружил еще один источник, нарушающий мои расчеты - кокон. Я попытался игнорировать его. Но обнаружил, что игнорировать его невозможно. Тогда я понял, что кокон является интересным источником гравитационных волн", - объяснил Готлиб.
Коконы - это места с высокой турбулентностью, и, ускоряясь от струи, они возмущают пространственно-временной континуум и создают пульсацию гравитационных волн. "Струя начинается глубоко внутри звезды, а затем пробивает себе путь наружу, чтобы выбраться наружу. Это похоже на то, как если бы вы просверлили отверстие в стене. Вращающееся сверло ударяется о стену, и из нее высыпаются обломки. Сверло придает этому материалу энергию. Точно так же струя пробивает звезду, заставляя материал звезды нагреваться и выплескиваться наружу. Эти обломки образуют горячие слои кокона", - сказал Готлиб.
Если коконы генерируют гравитационные волны, то LIGO сможет обнаружить их гораздо лучше, чем волны, возникающие от гамма-всплесков или сверхновых. В то время как джеты, сверхновые и гамма-всплески - это высокоэнергетические взрывы, LIGO может обнаружить гравитационные волны, возникающие только от более высокочастотных, асимметричных взрывов.
Поскольку сверхновые имеют сферическую и симметричную форму, а гамма-всплески имеют очень маленькую частоту, обнаружить гравитационные волны, возникающие от них, гораздо сложнее. Вместо этого асимметричные и высокоэнергетические коконы могли бы стать гораздо более доступными источниками для надежной идентификации таких волн.
"Наше исследование - это призыв к действию для сообщества обратить внимание на коконы как на источник гравитационных волн. Мы также знаем, что коконы испускают электромагнитное излучение, так что они могут быть мульти-мессенджерами. Изучая их, мы могли бы узнать больше о том, что происходит во внутренней части звезд, о свойствах джетов и их распространенности в звездных взрывах", - заключил Готлиб.
Исследование было представлено в понедельник, 5 июня 2023 года, во время виртуального пресс-брифинга на 242-м заседании Американского астрономического общества.
