Гравитационные волны могут формироваться в самом сердце галактики, говорится в новом исследовании, проведенном аспирантом Джозефом Фернандесом из Ливерпульского университета имени Джона Мура. Он излагает свою работу в презентации 3 апреля на Европейской неделе астрономии и космических наук в Ливерпуле.
Гравитационные волны (ГВ) - это небольшие ряби в пространстве-времени, которые распространяются по всей Вселенной.
Когда на Земле происходит изменение атмосферного давления, это изменение распространяется наружу в виде звуковых волн. Аналогичным образом, когда пары компактных объектов, таких как черные дыры (ЧД) или нейтронные звезды (НЗ), образуют двойные системы и вращаются друг вокруг друга, гравитационное поле вокруг них изменяется, создавая ГВ, которые также движутся наружу.
Это явление было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Было предсказано, что амплитуда этих пульсаций настолько мала, что Эйнштейн думал, что они никогда не будут обнаружены. Однако в 2015 году, спустя столетие после предсказания, ГВ впервые наблюдались напрямую
Они произошли от пары черных дыр звездной массы (каждая примерно в 30 раз больше массы Солнца), которые упали вместе и в конечном итоге слились.
С тех пор было сообщено о четырех подтвержденных наблюдениях GW, происходящих из этих систем, и, поскольку в настоящее время ведутся улучшения LIGO и VIRGO, мы ожидаем увидеть гораздо больше в ближайшем будущем.
Эти наблюдения показывают, что слияния ЧД - обычное дело во Вселенной. Однако мы до сих пор не уверены, как формируются такие бинарные системы. Это потому, что они должны находиться на очень близких или очень эксцентричных орбитах, чтобы коллапсировать таким образом, чтобы можно было наблюдать ГВ.
Фернандес и его коллеги, включая еще одного аспиранта Брауна, показали, что орбиты двойных систем могут быть изменены черной дырой, которая находится в центре большинства галактик, включая нашу собственную.
Массивная черная дыра приводит к очень интенсивным гравитационным полям и экстремальной физике. Если бы компактная двойная система столкнулась с ней на близком расстоянии, то в большинстве случаев она была бы разрушена, а входящие в ее состав ЧД или звезды разделились бы.
Однако это не всегда так.
Двойные звезды могут выйти из приливного столкновения целыми при определенных условиях, при этом их орбиты претерпят серьезные изменения. Используя моделирование методом Монте-Карло, Фернандес показал, что уцелевшие двойные системы ЧД могут стать тесными и эксцентричными, сокращая время слияния более чем в 100 раз в 10% случаев.
Этого может быть достаточно, чтобы заставить двойные системы, которые не сливаются в течение жизни Вселенной, сделать это раньше, что приведет к наблюдаемым гравитационным волнам.
Этот процесс может также переворачивать орбитальную плоскость двойной системы, заставляя ЧД вращаться в направлении, противоположном их начальным условиям. Это может привести к отрицательным значениям эффективного спина, которые можно использовать, чтобы отличить этот механизм от других.