Взаємне знищення: подвійні зірки, чорні діри та брижі в просторі-часі

Дослідники з Університетського коледжу Лондона та Університету Потсдама, Німеччина, досліджували дві наймасивніші зірки в сусідній галактиці, які згодом перетворюються на чорні діри та стикаються, посилаючи брижі в просторі та часі. Чорні діри, які ми спостерігаємо сьогодні, утворилися мільярди років тому, коли у Всесвіті плавали нижчі рівні заліза та інших важких елементів. У міру старіння Всесвіту рівень цих елементів зріс, через що явище злиття чорних дір стало менш поширеним.

Зірки, які обертаються навколо спільного центру тяжіння і разом відомі як подвійна зірка, знаходяться в Малій Магеллановій Хмарі, всього за 210 000 світлових років від нашої галактики Чумацький Шлях. Зірки обертаються одна навколо одної кожні три дні і є найбільшими торкаючимися зірками (контактними подвійними системами), які коли-небудь спостерігалися. Але саме їхні взаєморуйнівні стосунки викликали інтерес дослідників.

Використовуючи довгострокові дані, зібрані телескопом Хаббла NASA та Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) на Дуже Великому Телескопі Європейської Південної Обсерваторії (ESO) у Чилі, а також іншими телескопами, дослідники виміряли різні смуги світла, що надходять від подвійної системи. зірка (спектроскопічний аналіз). Вони виявили, що більша частина зовнішньої оболонки меншої зірки була здерта більшою.

«Ця подвійна зірка є наймасивнішою контактною подвійною системою, яку спостерігали досі», — сказав Даніель Паулі, співавтор дослідження. «Менша, яскравіша, гарячіша зірка, маса якої в 32 рази перевищує масу Сонця, наразі втрачає масу від свого більшого супутника, який має масу нашого Сонця в 55 разів».

На думку дослідників, у схемі астрономічної еволюції не пройде багато часу, перш ніж маленька зірка стане чорною дірою, а роль зірки зміниться.

«Менша зірка спочатку стане чорною дірою, лише через 700 000 років, або через вражаючий вибух, який називається надновою, або вона може бути настільки масивною, що зруйнується в чорну діру без зовнішнього вибуху», — сказав Метью Рікард, керівник автор дослідження. «Вони будуть неспокійними сусідами протягом приблизно трьох мільйонів років, перш ніж перша чорна діра почне нарощувати масу від свого супутника, мстивши своєму супутнику».

Їх висновки були підтверджені порівнянням спостережень гравітаційних хвиль за допомогою інтерферометра Virgo та LIGO, Обсерваторії гравітаційних хвиль лазерного інтерферометра, з теоретичними моделями еволюції подвійних зірок.

«Завдяки детекторам гравітаційних хвиль Virgo і LIGO за останні кілька років було виявлено десятки злиття чорних дір», — сказав Рікард. «Але поки що нам ще належить спостерігати зірки, які, за прогнозами, колапсуватимуть у чорні діри такого розміру та зливатимуться в масштабі часу, меншому або навіть приблизно порівнянному з віком Всесвіту».

Гравітаційні хвилі — це невидимі «брижі» в часі та просторі, викликані найбурхливішими та енергійними процесами у Всесвіті. Найпотужніші гравітаційні хвилі породжуються катаклізмами, такими як зіткнення чорних дір, які порушують простір-час таким чином, що посилають космічні хвилі, що рухаються в усіх напрямках зі швидкістю світла. Ці брижі несуть інформацію про своє походження.

«Всього лише через 200 000 років, мить в астрономічних термінах, зірка-компаньйон також зруйнується в чорну діру», — сказав Паулі. «Ці дві масивні зірки продовжуватимуть обертатися навколо одна одної, обертаючись кожні кілька днів протягом мільярдів років».

Згідно з результатами дослідження, у нас є деякий час до зіткнення чорних дір. Але коли вони це зроблять, це генеруватиме гравітаційні хвилі, які можна буде виявити на Землі.

«Поступово вони будуть втрачати цю орбітальну енергію через випромінювання гравітаційних хвиль, доки вони не обертатимуться навколо один одного кожні кілька секунд, нарешті зливаючись разом через 18 мільярдів років із величезним викидом енергії через гравітаційні хвилі», — сказав Паулі.