В «коконе» умирающей звезды может скрываться источник гравитационных волн
Гравитационные волны — это невидимая, но невероятно быстрая рябь в пространстве-времени, вызванная одними из самых бурных энергетических процессов в космосе. Путешествуя со скоростью света, гравитационные волны сжимают и растягивают все, что проходит.
Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) в США специально разработана для обнаружения гравитационных волн. Подобно интерферометру Virgo в Италии и детектору гравитационных волн Камиока (KAGRA) в Японии, LIGO позволяет ученым использовать собираемую ими информацию для анализа нашей Вселенной. Кстати, до сих пор гравитационные волны наблюдались от двойных систем, двух астрономических тел — таких как черные дыры или нейтронные звезды — достаточно близко, чтобы их гравитационное притяжение заставляло их вращаться вокруг друг друга.
Теперь исследователи из Северо-Западного университета штата Иллинойс уверяют, что мы можем измерять гравитационные волны, исходящие из одного небинарного источника: «коконов» обломков вокруг умирающих массивных звезд.
«На сегодняшний день LIGO обнаружила только гравитационные волны от двойных систем, но однажды она найдет и первый небинарный источник гравитационных волн», — заявил Оре Готтлиб, ведущий автор исследования. — Коконы — одно из первых мест, где мы должны искать этот тип источника».
Сверхновая с коллапсом ядра — это массивная звезда, которая претерпела гравитационный коллапс и находится на последних стадиях жизни. Его коллапс связан с длительными гамма-всплесками, которые проявляются в виде энергетических струй, которые заставляют звездный материал образовывать кокон в форме песочных часов, когда они вытесняются из звезды.
«Струя начинается глубоко внутри звезды, а затем пробивает себе путь наружу. Это как когда сверлишь дырку в стене. Вращающееся сверло ударяется о стену, и из стены высыпается мусор. Сверло придает этой материальной энергии. Точно так же струя пробивает звезду, заставляя материал звезды нагреваться и выплескиваться наружу. Этот мусор образует горячие слои кокона», —поясняют ученые.
Исследователи использовали симуляции для моделирования коллапса массивной звезды с момента ее коллапса в черную дыру до выхода джета. Впервые они продемонстрировали, что кокон может излучать обнаруживаемые гравитационные волны. Это, говорят исследователи, предпочтительнее поиска гравитационных волн от гамма-всплесков или сверхновых, которые возникают на частоте, которую LIGO не может обнаружить.
«Сверхновые имеют довольно сферическую и симметричную форму, поэтому сферические взрывы не изменяют сбалансированное распределение массы в звезде, чтобы испускать гравитационные волны. Гамма-всплески длятся десятки секунд, поэтому частота очень мала — ниже диапазона частот, к которому чувствителен LIGO», — пишут они.
С другой стороны, коконы асимметричны и обладают высокой энергией, что, по словам исследователей, должно означать, что LIGO их улавливает. И у них есть возможность предоставить дополнительную информацию.
«Наше исследование — это призыв к сообществу посмотреть на коконы как на источник гравитационных волн. Мы также знаем, что коконы излучают электромагнитное излучение, поэтому они могут быть событиями с несколькими мессенджерами. Изучая их, мы могли бы больше узнать о том, что происходит в самой внутренней части звезд, о свойствах джетов и их распространенности при звездных взрывах», — уверены исследователи.
Работа была опубликовано в журнале ArXiv, а приведенное ниже видео, снятое Северо-Западным университетом, иллюстрирует, как кокон умирающей звезды создает гравитационную волну:
