В феврале 2016 года ученые, работающие в лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), вошли в историю, объявив о первом в истории обнаружении гравитационных волн. С тех пор изучение гравитационных волн значительно продвинулось и открыло новые возможности в изучении Вселенной и законов, управляющих ею.
Например, команда из Университета Франкфурта-на-Майне недавно показала, как гравитационные волны могут быть использованы для определения того, как массивные нейтронные звезды могут проникать до коллапса в черные дыры. Это осталось загадкой, так как нейтронные звезды были впервые обнаружены в 1960-х годах. И теперь, когда установлен верхний предел массы, ученые смогут лучше понять, как материя ведет себя в экстремальных условиях.
Исследование, которое описывает их результаты, недавно появилось в научном журнале Астрофизические Журнальные Письма под заголовком «Использование гравитационно-волновых наблюдений и квазиуниверсальных соотношений для ограничения максимальной массы нейтронных звезд». Исследование было проведено Лучано Реццоллой, кафедрой теоретической астрофизики и директором Института теоретической физики во Франкфуртском университете, при поддержке его учеников Элиаса Моста и Лукаса Вея.
Ради их исследования команда рассмотрела недавние наблюдения, сделанные из события гравитационной волны, известного как GW170817. Это событие, которое произошло 17 августа 2017 года, стало шестой гравитационной волной, обнаруженной лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) и обсерваторией Девы. В отличие от предыдущих событий, это было уникально тем, что оно было вызвано столкновением и взрывом двух нейтронных звезд.
И в то время как другие события произошли на расстоянии около миллиарда световых лет, GW170817 произошел всего в 130 миллионах световых лет от Земли, что позволило быстро обнаружить и провести исследования. Кроме того, на основании моделирования, которое проводилось через несколько месяцев после события (и с использованием данных, полученных рентгеновской обсерваторией Чандра), столкновение, похоже, оставило черную дыру в качестве остатка.
Команда также приняла подход «универсальные отношения» для своего исследования, который был разработан исследователями во Франкфуртском университете несколько лет назад. Этот подход подразумевает, что все нейтронные звезды имеют схожие свойства, которые можно выразить в терминах безразмерных величин. В сочетании с данными GW они пришли к выводу, что максимальная масса невращающихся нейтронных звезд не может превышать 2,16 массы Солнца.
Как объяснил профессор Реццолла в пресс-релизе Франкфуртского университета:
«Прелесть теоретического исследования в том, что оно может делать прогнозы. Теория, однако, отчаянно нуждается в экспериментах, чтобы сузить некоторые ее неопределенности. Поэтому весьма примечательно, что наблюдение единственного двойного слияния нейтронных звезд, которое произошло за миллионы световых лет, в сочетании с универсальными отношениями, обнаруженными в нашей теоретической работе, позволило нам разгадать загадку, в которой было много спекуляций в прошлом ».
Это исследование является хорошим примером того, как теоретические и экспериментальные исследования могут совпасть с получением более совершенных моделей и предсказаний. Через несколько дней после публикации своего исследования исследовательские группы из США и Японии независимо подтвердили полученные данные. Не менее важно, что эти исследовательские группы подтвердили результаты исследований, используя различные подходы и методы.
Ожидается, что в будущем в гравитационно-волновой астрономии будет наблюдаться гораздо больше событий. А благодаря улучшенным методам и более точным моделям в своем распоряжении астрономы, вероятно, узнают еще больше о самых загадочных и мощных силах, действующих в нашей Вселенной.
