Менее чем через полсекунды монитор гамма-всплесков (GBM) на космическом гамма-телескопе Ферми НАСА зафиксировал короткую слабую вспышку света высокой энергии, соответствующую той же части неба. Анализ этого всплеска предполагает, что вероятность того, что это просто случайное совпадение, составляет всего 0,2 процента. Гамма-излучение, возникающее в результате слияния черных дыр, было бы важной находкой, поскольку ожидается, что черные дыры сливаются «чисто», не производя никакого света.«Это заманчивое открытие с низкой вероятностью ложной тревоги, но прежде чем мы сможем начать переписывать учебники, нам нужно увидеть больше всплесков, связанных с гравитационными волнами от слияний черных дыр», — сказала Валери Коннотон, член команды GBM. в Национальном центре космоса, науки и технологий в Хантсвилле, штат Алабама, и ведущий автор статьи о взрыве, которая сейчас рассматривается в Astrophysical Journal.
Обнаружение света от источника гравитационной волны позволит гораздо глубже понять происходящее. GBM Ферми видит все небо, не заблокированное Землей, и чувствителен к рентгеновским и гамма-излучениям с энергией от 8000 до 40 миллионов электрон-вольт (эВ). Для сравнения, энергия видимого света колеблется от 2 до 3 эВ.Благодаря широкому диапазону энергий и большому полю зрения, GBM является ведущим инструментом для обнаружения света от коротких гамма-всплесков (GRB), которые длятся менее двух секунд.
Считается, что они возникают, когда компактные объекты, такие как нейтронные звезды и черные дыры, вращаются по спирали внутрь и сталкиваются друг с другом. Предполагается, что эти же системы являются основными производителями гравитационных волн.
«Всего за одно совместное мероприятие гамма-лучи и гравитационные волны вместе скажут нам, что именно вызывает короткий гамма-всплеск», — сказала Линди Блэкберн, научный сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, и член LIGO. Научное сотрудничество. «Между двумя наблюдениями существует невероятная синергия, при этом гамма-лучи раскрывают подробности об энергетике источника и местной окружающей среде, а гравитационные волны обеспечивают уникальное исследование динамики, ведущей к событию». Он будет обсуждать взрыв и то, как Ферми и LIGO работают вместе, на приглашенной лекции на встрече Американского физического общества в Солт-Лейк-Сити во вторник.
В настоящее время обсерватории гравитационных волн обладают относительно нечетким зрением. Это улучшится со временем по мере ввода в эксплуатацию большего количества объектов, но для сентябрьского события, получившего название GW150914 после даты, ученые LIGO смогли проследить источник только до дуги неба, охватывающей площадь около 600 квадратных градусов, что сравнимо с угловой площадью на Земля оккупирована США.
«Это довольно большой стог сена для поиска, когда ваша игла представляет собой короткий GRB, который может быть быстрым и слабым, но для этого предназначен наш инструмент», — сказал Эрик Бернс, член команды GBM из Университета Алабамы в Хантсвилле. «Обнаружение GBM позволяет нам сократить площадь LIGO и существенно уменьшить стог сена».Менее чем через полсекунды после того, как LIGO обнаружила гравитационные волны, GBM уловил слабый импульс высокоэнергетического рентгеновского излучения, длящийся всего около секунды. Взрыв фактически произошел под Ферми и под большим углом к детекторам GBM, что ограничивало их способность установить точное положение.
К счастью, Земля заблокировала большую часть вероятного местоположения вспышки, которую видел Ферми в то время, что позволило ученым еще больше сузить положение вспышки.Команда GBM подсчитала, что случайные колебания с вероятностью менее 0,2% могли бы произойти в непосредственной близости от места слияния.
Предполагая, что события связаны, локализация GBM и взгляд Ферми на Землю вместе сокращают область поиска LIGO примерно на две трети, до 200 квадратных градусов. Если лучше разместить вспышку для детекторов GBM или одну достаточно яркую, чтобы ее можно было увидеть телескопом Fermi Large Area Telescope, возможны еще большие улучшения.Событие LIGO возникло в результате слияния двух относительно больших черных дыр, каждая из которых примерно в 30 раз больше массы Солнца. Ожидалось, что двойные системы с такими большими черными дырами не будут широко распространены, и остается много вопросов о природе и происхождении системы.
Ожидалось, что слияние черных дыр не приведет к излучению значительных рентгеновских или гамма-сигналов, поскольку для генерации света необходим газ на орбите. Теоретики ожидали, что любой газ вокруг двойных черных дыр будет унесен задолго до их окончательного падения. По этой причине некоторые астрономы считают всплеск GBM, скорее всего, совпадением и не связанным с GW150914.
Другие разработали альтернативные сценарии, в которых слияние черных дыр может создать наблюдаемое гамма-излучение. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы выяснить, что на самом деле происходит при столкновении черных дыр.
Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в своей общей теории относительности столетие назад, и ученые пытались обнаружить их в течение 50 лет. Эйнштейн представил эти волны как рябь в ткани пространства-времени, создаваемую массивными ускоряющимися телами, такими как черные дыры, вращающиеся друг вокруг друга.
Ученые заинтересованы в наблюдении и описании этих волн, чтобы больше узнать об источниках, их создающих, и о самой гравитации.