|
Экстремальные объекты, непрерывно производящие гравитационные волны
|
|
|
|
В космическом зоопарке есть объекты настолько причудливые и экстремальные, что они генерируют гравитационные волны. Scorpius X-1 — часть этой странной коллекции. На самом деле это двойная пара: нейтронная звезда, вращающаяся вокруг маломассивного звездного компаньона под названием V818 Scorpii. Пара представляет собой главную цель для ученых, охотящихся за так называемыми «непрерывными» гравитационными волнами. Эти волны должны существовать, хотя ни одна из них не обнаружена — пока. «Scorpius X-1 — один из самых многообещающих источников для обнаружения этих непрерывных гравитационных волн», — сказал профессор Джон Уилан из Школы математических наук Рочестерского технологического института. Он главный исследователь группы RIT в научном сотрудничестве LIGO, входящей в группу ученых, занимающихся прямым обнаружением гравитационных волн.
|
|
|
|
LIGO — это гравитационно-волновая обсерватория с лазерным интерферометром, расположенная в штатах Вашингтон и Луизиана. Virgo (в Италии) и KAGRA (в Японии) также ищут гравитационные волны, часто совместно с LIGO. Команда Уилана использовала данные третьего цикла наблюдений LIGO-Virgo в поисках непрерывных гравитационных волн от Scorpius X-1. «Это довольно близко, всего в 9000 световых лет от нас», — сказал Уилан. «Мы можем видеть это очень ярко в рентгеновских лучах, потому что газообразная материя звезды-компаньона притягивается к нейтронной звезде». Несмотря на его яркость, команда не обнаружила непрерывного потока гравитационных волн от Скорпиона X-1. Это не значит, что волн нет. На самом деле, их данные дают важные ориентиры, поскольку они планируют больше наблюдений за парой. Это помогло им улучшить методологию поиска и в конечном итоге должно привести к обнаружению этих неуловимых волн.
|
|
|
«Этот поиск дал наилучшее ограничение на возможную силу гравитационных волн, излучаемых Скорпионом X-1», — сказал Джаред Уоффорд, доктор астрофизических наук и технологий. кандидат. «Впервые этот поиск теперь чувствителен к моделям возможного сценария баланса крутящего момента системы, который утверждает, что крутящие моменты гравитационной волны и аккреции вещества на нейтронную звезду находятся в равновесии. В ближайшие годы мы ожидайте лучшей чувствительности от большего количества данных, полученных с помощью расширенных наблюдений LIGO, которые глубже исследуют сценарий баланса крутящего момента в надежде сделать первое обнаружение непрерывной волны».
|
|
|
|
Scorpius X-1 — самый сильный источник рентгеновского излучения на нашем небе (после Солнца). Астрономы обнаружили его в 1962 году, когда отправили зондирующую ракету с детектором рентгеновского излучения в космос. За прошедшие годы они выяснили, что сильное рентгеновское излучение исходит от нейтронной звезды массой 1,4 солнечной, которая поглощает материю, вытекающую из ее меньшего компаньона массой 0,4 солнечной. Сильное гравитационное поле нейтронной звезды ускоряет звездный материал, когда он падает на звезду. Это перегревает вещество и заставляет его испускать рентгеновские лучи.
|
|
|
|
Хотя система является сильным рентгеновским излучателем и ярка в оптическом свете, на самом деле она классифицируется как маломассивная рентгеновская двойная система. Два объекта имеют период обращения 18,9 часа. Неясно, образовались ли они вместе в начале своей истории. Некоторые астрономы предполагают, что они могли сойтись, когда сверхмассивная звезда и маленький компаньон встретились в окружении шарового скопления. Более крупный компаньон в конце концов взорвался как сверхновая, в результате чего образовалась нейтронная звезда.
|
|
|
|
Большинство из нас знакомы с гравитационными волнами, возникающими при слиянии черных дыр и/или нейтронных звезд. Первое обнаружение этих волн произошло в 2015 году. С тех пор LIGO и родственные ему объекты KAGRA и Virgo регулярно обнаруживают эти «более сильные» волны. Важно помнить, что эти обнаружения записывают определенные столкновения — по сути, «одноразовые» события. Однако они не единственные источники гравитационных волн во Вселенной. Астрономы считают, что массивные объекты, вращающиеся со скоростью сотни раз в секунду, такие как нейтронные звезды, могут создавать более слабые непрерывные волны, которые должны быть обнаружены.
|
|
|
|
Итак, что может вызвать волны в двойной паре нейтронная звезда/звезда-компаньон? Посмотрите на внешнюю структуру нейтронных звезд. Ученые описывают их как однородно гладкие объекты с сильными гравитационными и магнитными полями. Однако они могут иметь крошечные неровности поверхности (так называемые «горы»). Они выступают всего на доли миллиметра над поверхностью «коры» нейтронной звезды. Горы на самом деле являются деформациями этой коры. Они создаются экстремальными напряжениями в электромагнитном поле нейтронной звезды.
|
|
|
|
Также возможно, что эти деформации происходят, когда вращение объекта замедляется. Или, возможно, когда его вращение внезапно ускорится. Как бы они ни образовались, они влияют на магнитное и гравитационное поля нейтронной звезды. Это может быть причиной гравитационных волн. Если это так, то эти горы могут быть маленькими, но их влияние может быть большим. Теперь задача состоит в том, чтобы измерить эти волны. В конце концов, астрономы обнаружат постоянный поток волн, исходящих от Скорпиона X-1. Их данные расскажут им больше о самой нейтронной звезде. Это также должно дать ключ к разгадке динамики бинарной пары, когда члены вращаются друг относительно друга.
|
|
|
|
Источник
|
