Головна / Всесвіт / Злиття чорних дір можуть супроводжуватися електромагнітним спалахом

Злиття чорних дір можуть супроводжуватися електромагнітним спалахом

Астрономи з’ясували, що злиття чорних дір можуть супроводжуватися спалахом в електромагнітному діапазоні. Таке повинно відбуватися в разі злиття об’єктів зоряних мас на орбітах навколо надмасивних чорних дір, а недавні оцінки говорять про помітну ймовірність таких злиттів, пишуть автори в журналі The Astrophysical Journal Letters.

Слияния черных дыр могут сопровождаться электромагнитной вспышкой

Гравітаційні антени реєструють періодичні коливання простору-часу, які виникають при злитті масивних компактних об’єктів, таких як чорні діри і нейтронні зірки. Однак властивості чорних дірок в першу чергу визначаються їх масами і спинами, тому при зіткненні таких тіл у вакуумі не повинно виникати сигналу інших видів випромінювання. Це ускладнює дослідження цих об’єктів, оскільки на даний момент основна частина інформації в астрономії надходить від електромагнітних хвиль.

Однак якщо злиття чорних дір відбувається в оточенні щільних шарів звичайної матерії, то теоретично може виникати помітний сигнал. Така ситуація може реалізуватися, наприклад, в акреційному диску навколо надмасивної чорної діри. Згідно з результатами недавніх робіт, в цій області можуть накопичуватися невеликі чорні діри зоряних мас, які потім зіллються, будучи оточені потоками гарячої плазми.

В роботі астрофізиків із США і Великобританії за участю Баррі Маккернана (Barry McKernan) з Американського музею природної історії оцінюється енерговиділення електромагнітних хвиль і можливість їх реєстрації у разі такого злиття. Причина появи випромінювання полягає в зіткненні потоків газу після злиття, тому, що маса утвореної чорної діри помітно менше суми мас вихідних, а також з-за очікуваної високої швидкості її руху.

Область простору, у якій домінує гравітація астрономічного об’єкта, називається сферою Хілла. Радіус цієї зони для системи двох чорних дір перед злиттям виявляється більше, ніж для продукту їх злиття, оскільки частина маси (зазвичай близько п’яти відсотків) витрачається на генерацію гравітаційного випромінювання. Швидка зміна радіусу Хілла призводить до кількох наслідків.

По-перше, частина газу, яка знаходилася раніше на стійких орбітах, тепер рухається занадто швидко для утримання новою чорною дірою — ця речовина почне рухатися від центру мас і стикатися з більш віддаленою частиною акреційного диска надмасивної чорної діри. По-друге, частина газу тепер виявляється поза сферою Хілла і буде взаємодіяти з крупнішими течіями в основному диску. По-третє, нова чорна діра швидко поглине частину газу з повільним обертанням після поширення обурення по навколишній речовині. Окремий ефект буде виникати в разі швидкого руху нової чорної дірки — в такому разі газ буде прагнути слідувати за масивним об’єктом, але отримає великий опір з боку речовини, що оточує диск.

Всі зазначені ефекти не повинні призводити до появи невеликої яскравої плями на тлі випромінювання акреційного диска надмасивної чорної діри. Найлегший подібний процес можна буде зареєструвати, якщо початковий радіус Хілла був більше товщини диска — в такому разі в ньому фактично утворюється дірка, яка швидко заповниться газом, що призведе до виникнення ударної хвилі і короткого сплеску випромінювання. Якщо радіус Хілла був менше товщини диска, то результат сильно залежить від його прозорості. Автори приходять до висновку, що з найбільшою ймовірністю вдасться зафіксувати спалах в ультрафіолетовому діапазоні.

Одночасне спостереження злиття чорних дір у вигляді гравітаційних хвиль електромагнітного випромінювання значно збільшить точність визначення параметрів системи, таких як координати і маси об’єктів. Це дозволить створити більш точні моделі процесів і просунути розробку гравітаційних антен.