ההתלכדות וההתמזגות של חור שחור עם פער מסה נמוך יותר (משטח אפור כהה) עם כוכב נויטרונים עם צבעים הנעים מכחול כהה (60 גרם לסנטימטר מעוקב) ללבן (600 קילוגרם לסנטימטר מעוקב) מדגישים את העיוותים החזקים של הנמוך. -חומר צפיפות של כוכב הנייטרונים. קרדיט: I. Markin (University Potsdam), T. Dietrich (University Potsdam and Max Planck Institute for Gravitational Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (מכון מקס פלאנק לפיזיקת כבידה).
מדענים זיהו גל כבידה מהתנגשות בין א כוכב ניטרונים ופוטנציאל חור שחור בפער ההמוני, מה שמצביע על כך שאירועים קוסמיים כאלה עשויים להיות נפוצים יותר מהצפוי.
חוקרים מה אוניברסיטת פורטסמות'המכון לקוסמולוגיה וכבידה (ICG) סייע לזהות אות גל כבידה יוצא דופן, שיכול להחזיק את המפתח לפתרון תעלומה קוסמית.
התגלית היא מקבוצת התוצאות האחרונה שהוכרזה ב-5 באפריל על ידי LIGOשיתוף פעולה וירגו-KAGRA, הכולל יותר מ-1,600 מדענים מרחבי העולם, כולל חברי ה-ICG, המבקש לגלות גלי כבידה ולהשתמש בהם לחקירה של יסודות המדע.
במאי 2023, זמן קצר לאחר תחילת ריצת התצפית הרביעית של LIGO-Virgo-KAGRA, גלאי LIGO Livingston בלואיזיאנה, ארה"ב, צפה באות של גל כבידה מהתנגשות של מה שהוא ככל הנראה כוכב נויטרונים עם עצם קומפקטי. הוא פי 2.5 עד 4.5 מהמסה של השמש שלנו.
חשיפת תופעות קוסמיות
כוכבי ניוטרונים וחורים שחורים הם שניהם עצמים קומפקטיים, שרידים צפופים של פיצוצי כוכבים מסיביים. מה שהופך את האות הזה, שנקרא GW230529, למסקרן הוא המסה של האובייקט הכבד יותר. הוא נופל בפער מסה אפשרי בין כוכבי הנייטרונים הכבדים ביותר הידועים לחורים השחורים הקלים ביותר. אות גל הכבידה לבדו אינו יכול לחשוף את טבעו של עצם זה. גילוי עתידי של אירועים דומים, במיוחד אלה המלווים בהתפרצויות של קרינה אלקטרומגנטית, יכולים לעזור לפתור זאת.
"הגילוי הזה, הראשון מבין התוצאות המרגשות שלנו מריצת התצפית הרביעית של LIGO-Virgo-KAGRA, מגלה שייתכן שיש שיעור גבוה יותר של התנגשויות דומות בין כוכבי נויטרונים לחורים שחורים במסה נמוכה ממה שחשבנו בעבר", אומר ד"ר ג'ס מקאיבר, פרופסור עוזר באוניברסיטת קולומביה הבריטית וסגן דובר שיתוף הפעולה המדעי של LIGO.
מכיוון שאירוע זה נראה רק על ידי גלאי גלי כבידה אחד, ההערכה אם הוא אמיתי או לא הופכת לקשה יותר.
תמונה זו מציגה התמזגות של חור שחור עם פער מסה נמוך יותר (משטח אפור כהה) עם כוכב נויטרונים בצבעים הנעים מכתום כהה (מיליון טון לסנטימטר מעוקב) ללבן (600 מיליון טון לסנטימטר מעוקב). אות גל הכבידה מיוצג עם קבוצה של ערכי משרעת מתח של קיטוב פלוס באמצעות צבעים מכחול כהה עד ציאן. קרדיט: I. Markin (University Potsdam), T. Dietrich (University Potsdam and Max Planck Institute for Gravitational Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (מכון מקס פלאנק לפיזיקת כבידה).
התקדמות בטכניקות איתור
ד"ר גארת' קאבורן דייויס, מהנדס תוכנה מחקר ב-ICG, פיתח את הכלים המשמשים לחיפוש אירועים בגלאי יחיד. הוא אמר: "אישור אירועים על ידי ראייתם במספר גלאים הוא אחד הכלים החזקים ביותר שלנו בהפרדת אותות מרעש. על ידי שימוש במודלים מתאימים של רעשי הרקע, נוכל לשפוט אירוע גם כשאין לנו גלאי אחר שיגבה את מה שראינו".
לפני גילוי גלי כבידה בשנת 2015, המסות של חורים שחורים בעלי מסה כוכבית נמצאו בעיקר באמצעות תצפיות בקרני רנטגן בעוד המסות של כוכבי נויטרונים נמצאו באמצעות תצפיות רדיו. המדידות שהתקבלו נפלו לשני טווחים ברורים עם פער ביניהם של פי 2 עד 5 בערך מהמסה של השמש שלנו. במהלך השנים, מספר קטן של מדידות פלשו לפער המסה, שנשאר במחלוקת רבה בקרב אסטרופיזיקאים.
השלכות של ממצאים אחרונים
ניתוח האות GW230529 מראה שהוא הגיע ממיזוג של שני עצמים קומפקטיים, אחד עם מסה בין פי 1.2 ל-2.0 מזו של השמש שלנו והשני מסיבי מעט יותר מפי שניים.
אמנם האות של גל הכבידה אינו מספק מספיק מידע כדי לקבוע בוודאות אם עצמים קומפקטיים אלה הם כוכבי נויטרונים או חורים שחורים, נראה כי העצם הקל יותר הוא כוכב נויטרונים והעצם הכבד יותר הוא חור שחור. מדענים בשיתוף הפעולה של LIGO-Virgo-KAGRA בטוחים שהאובייקט הכבד יותר נמצא בפער המסה.
תצפיות גלי כבידה סיפקו כעת כמעט 200 מדידות של מסות אובייקט קומפקטיות. מתוכם, ייתכן שרק מיזוג אחד אחר היה כרוך באובייקט קומפקטי-פער מסה – האות GW190814 הגיע ממיזוג של חור שחור עם עצם קומפקטי החורג מהמסה של כוכבי הנייטרונים הכבדים ביותר הידועים ואולי בתוך פער המסה.
"בעוד שדווחו עדויות קודמות לעצמים בפער מסה הן בגלים כבידה והן בגלים אלקטרומגנטיים, מערכת זו מרגשת במיוחד מכיוון שהיא הזיהוי הראשון של גל כבידה של עצם מרווח מסה בשילוב עם כוכב נויטרונים", אומרת ד"ר סילביה ביסקובאנו. מ האוניברסיטה הצפון מערבית. "לתצפית על מערכת זו יש השלכות חשובות הן על תיאוריות של אבולוציה בינארית והן על מקבילות אלקטרומגנטיות למיזוגים קומפקטיים".
תצפיות מתמשכות ועתידיות
ריצת התצפית הרביעית מתוכננת להימשך 20 חודשים כולל הפסקה של כמה חודשים לביצוע תחזוקה של הגלאים וביצוע מספר שיפורים נדרשים. עד 16 בינואר 2024, כאשר החלה ההפסקה הנוכחית, זוהו בסך הכל 81 מועמדים משמעותיים לאותות. GW230529 הוא הראשון שבהם שפורסם לאחר חקירה מפורטת.
ריצת התצפית הרביעית תתחדש ב-10 באפריל 2024 כאשר גלאי LIGO Hanford, LIGO Livingston ובתולה יפעלו יחד. הריצה תימשך עד פברואר 2025 ללא הפסקות מתוכננות נוספות בתצפית.
בעוד ריצת התצפית נמשכת, חוקרי LIGO-Virgo-KAGRA מנתחים את הנתונים מהמחצית הראשונה של הריצה ובודקים את 80 מועמדי האות המשמעותיים הנותרים שכבר זוהו. עד סוף ריצת התצפית הרביעית בפברואר 2025, המספר הכולל של אותות גלי כבידה שנצפו אמור לעלות על 200.
