logo_oauw
logo_uw

Pierwsze obserwacje „mieszanych” par złożonych z czarnej dziury i gwiazdy neutronowej

2021-06-29 09:43

Konsorcja naukowe Virgo, LIGO i KAGRA ogłosiły pierwsze w historii odkrycie układów podwójnych składających się z czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Było to możliwe dzięki wykryciu w styczniu 2020 r.  sygnałów fal grawitacyjnych wyemitowanych przez dwa układy (nazwane od daty ich rejestracji GW200105 i GW200115) w których wirujące wokół siebie czarna dziura i gwiazda neutronowa połączyły się w jeden zwarty obiekt. Astronomowie już kilkadziesiąt lat temu przewidzieli istnienie takich układów, ale do tej pory nigdy nie zaobserwowano ich z całkowitą pewnością, ani za pomocą sygnałów elektromagnetycznych, ani obserwując fale grawitacyjne. Wyniki nowych obserwacji i ich astrofizyczne implikacje zostały opublikowane w The Astrophysical Journal Letters.

Wizualizacja numerycznych symulacji koalescencji czarnej dziury z gwiazda neutronowa. Scientific visualization: T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics), N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer (Max Planck Institute for Gravitational Physics), T. Vu.  Numerical-relativity simulation: S.V. Chaurasia (Stockholm University), T.  Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics)


Od momentu pierwszej spektakularnej detekcji fal grawitacyjnych z koalescencji dwóch czarnych dziur, GW150914, za którą została przyznana nagroda Nobla w 2017, zarejestrowaliśmy sygnały z 50 układów podwójnych obiektów zwartych, ale były to wyłącznie pary łaczących się czarnych dziur lub gwiazd neutronowych. Długo wyczekiwane odkrycie układów podwójnych gwiazdy neutronowej z czarną dziurą rzuca światło na narodziny, życie i śmierć gwiazd, jak również na otoczenie, w którym powstały – wyjaśnia prof. Dorota Rosińska

Te obserwacje pokazują, ze istnieją mieszane układy podwójne zawierające gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Istnienie takich układów było przewidziane w wielu scenariuszach, w tym rozwijanych przez mnie wraz z prof. Belczynskim od ponad dwudziestu lat. Ta detekcja jest potwierdzeniem takich przewidywań – mówi prof. Tomasz Bulik

Sygnały fal grawitacyjnych zarejestrowane w styczniu 2020 r. zawierają cenne informacje o cechach fizycznych zaobserwowanych układów, takich jak ich odległości i masy składników, a także o mechanizmach fizycznych, które takie pary wygenerowały i doprowadziły do ich połączenia. Analiza danych wykazała, że czarna dziura i gwiazda neutronowa, które stworzyły GW200105, są odpowiednio około 8,9 i 1,9 razy masywniejsze od naszego Słońca, a ich połączenie miało miejsce około 900 milionów lat temu. W przypadku zdarzenia GW200115 naukowcy z konsorcjów Virgo i LIGO szacują, że dwa zwarte obiekty miały masy około 5,7 (czarna dziura) i 1,5 (gwiazda neutronowa) mas Słońca i połączyły się niemal miliard lat temu.

Prof. Rosińska: Spodziewaliśmy się, że podczas koalescencji gwiazdy neutronowej z czarną dziurą, gwiazda zostanie rozerwana przez siły pływowe, gdy znajdzie się dostatecznie blisko czarnej dziury, jednak duża różnica mas obiektów spowodowała, że prawdopodobnie gwiazda neutronowa została połknięta w całości przez czarną dziurę.

Ogłoszony wynik, wraz z dziesiątkami innych detekcji dokonanych do tej pory przez detektory Virgo i LIGO, pozwala po raz pierwszy na dokładną obserwację jednych z najbardziej gwałtownych i rzadkich zjawisk we Wszechświecie. Badamy proces ich tworzenia oraz miejsce ich narodzin.  Obserwacje koalescencji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej, dają możliwość testowania fundamentalnych praw fizyki w ekstremalnych warunkach, których nigdy nie będziemy w stanie odtworzyć na Ziemi. Prof. Rosińska: Mamy nadzieję, że przyszłym obserwacjom łączenia się gwiazdy neutronowej z czarną dziurą może towarzyszyć wykrycie wytworzonego w tym procesie promieniowania elektromagnetycznego, co da nam wgląd w proces rozrywania pływowego gwiazdy neutronowej przez czarną dziurę. Może to dostarczyć informacji o ekstremalnie gęstej materii, z której składają się gwiazdy neutronowe.

Obserwacja dwóch układów gwiazda neutronowa-czarna dziura pokazuje, że koalescencji tego typu obiektów może być od 5 do 15 rocznie w objętości o promieniu miliarda lat świetlnych. To szacowane tempo łączenia się NSBH można wytłumaczyć zarówno izolowaną ewolucją układów podwójnych jak i dynamicznymi oddziaływaniami w gęstych gromadach gwiazd, ale dostępne do tej pory dane nie pozwalają nam na wskazanie bardziej prawdopodobnego scenariusza.

W pracach uczestniczyli naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego UW: prof. Tomasz Bulik, prof. Dorota Rosinska, mgr Małgorzata Curyło, mgr Neha Singh, dr Przemysław Figura, dr Bartosz Idźkowski, mgr Paweł Szewczyk.

Seminaria wtorkowe

Tomasz Zajkowski (NASA Ames Research Center, USRA, BMSIS)
Theories of the origin of life and the applications of synthetic biology in space. (REMOTE ONLY!)
25.01.2022

Paulo Miles Paez (ESO, Munich, Germany)
Atmospheric characterization of ultra-cool dwarfs
01.03.2022

Henryka Netzel (Konkoly Observatory, Hungary)
Asteroseismology of stars from the classical instability strip
08.03.2022

Niedawne publikacje

Netzel, H.; Pietrukowicz, P.; Soszyński, I. et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 510 , 1748
Published: 2022-02

Bachelet, E.; Zieliński, P.; Gromadzki, M. et al.
Astronomy and Astrophysics , 657 , A17
Published: 2022-01

Mróz, Przemek; Otarola, Angel; Prince, Thomas A. et al.
The Astrophysical Journal , 924 , L30
Published: 2022-01

Jakość kształcenia

logo PKA
Polskia Komisja Akredytacyjna nadała Astronomii na UW certyfikat Doskonały Kierunek

logo-rks
Uniwersytet Warszawski w 2021 roku zajął pierwsze miejsce w rankingu kierunku studiów astronomia przygotowanym przez miesięcznik Perspektywy
Skip to content