Незабаром ми зможемо «почути» гравітаційні хвилі вмираючих зірок

Команда астрономів виявила нове можливе джерело гравітаційних хвиль: кокон гарячого щільного газу, який утворюється всередині масивної вмираючої зірки. Це джерело знаходиться в межах досяжності нещодавно розпочатих досліджень Гравітаційно-хвильової обсерваторії лазерного інтерферометра (LIGO).

Величезні зірки, маса яких у 20-40 разів перевищує масу Сонця, гине особливо вражаюче. Спочатку центр поступається, утворюючи чорну діру, яка негайно починає харчуватися. Цей процес забезпечує живлення двох протилежних струменів, які просвердлюють свій шлях із зірки. Коли струмені пробиваються крізь зовнішні шари зірки, вони накопичують оболонку з гарячої щільної зіркової речовини. Протягом кількох секунд — поки струмені повністю не вирвуться із зірки — кокон газу, який їх обернув, створює брижі в просторі-часі або гравітаційні хвилі.

Цей реактивний кокон — це те, що, як нещодавно зрозуміли Оре Готліб (Північно-Західний університет) і його колеги, може випромінювати гравітаційні хвилі.

«Якщо чесно, я не шукав коконів; Мене зацікавило інше джерело гравітаційних хвиль», — каже Готліб. «Але ці кокони були надто міцними, щоб їх ігнорувати. Більш-менш випадково я почав намагатися зрозуміти їхнє випромінювання гравітаційних хвиль».

Не одразу було очевидно, що ці гравітаційні хвилі матимуть потрібну висоту та гучність, щоб LIGO «почув» їх. Щоб з’ясувати це, команда Готліба провела комп’ютерне моделювання, яке спостерігало за струменями — і коконами навколо них — на всьому шляху від їхнього запуску біля чорної діри до місця, де вони пробиваються крізь зоряну поверхню та вилітають у космос. Потім вони обчислили отриманий сигнал гравітаційної хвилі. Готтліб представив дослідження під час прес-брифінгу на 242-й зустрічі Американського астрономічного товариства.

На відміну від радісного дзвінкого звуку та стрекотання надихаючих пар чорних дір, сигнал від виринаючого реактивного кокона більше схожий на моторошне завивання вітру. Сигнал був би не тільки чітким, але й гучним — достатньо гучним, навіть щоб його вловив LIGO під час спостережень, які щойно почалися 24 травня.

Що ще важливіше, ці гравітаційні хвилі будуть на частотах, доступних для LIGO, якщо ми спостерігаємо за струменями збоку. (Самі струмені також виробляють гравітаційні хвилі, якщо дивитися на промінь, але на нижчих частотах, які виходять за межі області LIGO.)

Цей новий тип сигналу гравітаційної хвилі може запропонувати астрономам нове уявлення про те, як руйнуються ядра зірок. Це особливо цінно, оскільки якщо зірки, що колапсують, не мають струменів і коконів, їхні наднові наднові надто тихі, щоб LIGO міг їх почути, якщо вони не знаходяться дуже близько. Ці кокони також повинні випромінювати світло на різних частотах, і подвійний удар гравітаційних хвиль і світла завжди привертає увагу астрономів.

З усім тим, наднові такі масивні зірки рідкісні, і Готліб не очікує, що LIGO вловить їх так багато. «Ми очікуємо приблизно 1% ймовірності коконних гравітаційних хвиль у четвертому циклі спостережень; у п’ятому – має зрости приблизно до 10%». Готліб передбачає. «Найбільш ймовірний сценарій полягає в тому, що ми будемо виявляти кокони тільки в гравітаційно-хвильових інтерферометрах третього покоління». З усім тим, ви ніколи не знаєте, що ви можете знайти випадково. Джерело